霍尔式传感器说课教案.doc

第八章霍尔传感器
课题:霍尔传感器的原理及应用
课时安排:2
课次编号:12
教材分析
难点:
开关型霍尔集成电路的特性
重点:
霍尔传感器的应用
教学目的和要求
1、了解霍尔传感器的工作原理;
2、了解霍尔集成电路的分类;
3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性;
4、掌握霍尔传感器的应用。
采用教学方法和实施步骤:
讲授、课堂互动、分析
教具:各种霍尔元件、霍尔传感器
各教学环节和内容
演示1:
将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出端,端。在没有磁铁靠近时,OC门截止,蜂鸣器不响。
当磁铁靠近到一定距离(例如3mm)时,OC门导通,蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离(例如5mm)时,OC门再次截止,蜂鸣器停响。
演示2:
将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯,~1A电流,观察霍尔IC的输出电压的变化,基本与输入电流成正比。
从以上演示,引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。
第一节霍尔元件的工作原理及特性
一、工作原理
金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流I流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应(Hall Effect),该电动势称为霍尔电动势(Hall EMF),上述半导体薄片称为霍尔元件(Hall Element)。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器(Hall Transducer)。
图8-1 霍尔元件示意图
a)霍尔效应原理图 b)薄膜型霍尔元件结构示意图 c)图形符号 d)外形
霍尔属于四端元件:
其中一对(即a、b端)称为激励电流端,另外一对(即c、d端)称为霍尔电动势输出端,c、d端一般应处于侧面的中点。
由实验可知,流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强,霍尔电动势也就越高。霍尔电动势EH可用下式表示
EH=KH IB (8-1)
式中 KH——霍尔元件的灵敏度。
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件,而是与其法线成某一角度θ时,实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向(与薄片垂直的方向)的分量,即Bcosθ,这时的霍尔电动势为
EH=KHIBcosθ(8-2)
从式(8-2)可知,霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比,且当B的方向改变时,霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场,则霍尔电动势为同频率的交变电动势。
目前常用的霍尔元件材料是N型硅,霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。
二、主要特性参数
(1)输入电阻R i 恒流源作为激励源的原因:霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧,视不同型号的元件而定。温度升高,输入电阻变小,从而使输入电流Iab变大,最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。
(2)最大激励电流Im 激励电流增大,霍尔元件的功耗增大,元件的温度升高,从而引起霍尔电动势的温漂增大,因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流,它的数值从几毫安至十几毫安。
提问:霍尔原件的最大激励电流Im 为宜。
B.± mA C.±10mA
(4)最大磁感应强度Bm 磁感应强度超过Bm时,霍尔电