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霍尔集成电路的原理与运用

2017-03-22 20:09分类:电工考证知识 阅读:

 

霍尔集成电路是霍尔元件与电子线路一体化的商品,它是由霍尔元件、拓宽器、温度抵偿电路和稳压电路运用集成电路技能技能制成的。它能感知悉数与磁有关的物理量,又能输出有关的电控信息,所以霍尔集成电路既是一种集成电路,又是一种磁敏传感器,它一般选用DIP或扁平封装。
一、霍尔集成电路的原理
当将一块通电的半导体薄片笔直置于磁场中时,薄片两头由此会发作电位差,此景象称为霍尔效应。此电位差称为霍尔电势,电势的巨细E=KIB/d,式中K是霍尔系数,d为薄片的厚度,I为电流,B为磁感应强度。图1示出霍尔效应的原理:在三维空间内,霍尔半导体平板在XOY平面内,它与磁场方向笔直,磁场指向Y轴的方向,沿X轴方向通以电流I,由于运动的电荷与磁场的彼此效果,效果在Z轴方向上发作了霍尔电势E,一般其值可达几十毫伏。为此,将霍尔元件与电子线路集成在一块约2mm*2mm的硅基片上,就做成了温度安稳性好、牢靠性高的霍尔集成电路。


二、典型霍尔集成电路构造剖析

霍尔集成电路按输出办法可分为线性型和开关型,若按集成电路内部的有源器材可分为双极型和MOS型。图2、图3别离示出了一种双极型霍尔集成电路内部的原理构造和逻辑构造,图2为开关型的,图3为线性型的。
在图2中IC内通过霍尔元件H的磁性查看反映为凹凸电平的输出。V1、V2构成差分拓宽器,它将霍尔电势拓宽,其拓宽倍数约几十倍;V3、V4构成施密特触发器,它将拓宽的霍尔电势整形为矩形脉冲;V5、V6进一步对矩形脉冲缓冲拓宽;V7、V8为开路集电极输出管。图2a中有两个输出端,这儿之所以选用集电极开路输出构造,是由于它能够有较大的负载才调,且易于与纷歧样类型的电路接口,但亦有有些霍尔集成电路选用发射极开路输出办法,如图2b、2c所示。
图3所示是线性霍尔集成电路的内部构造,其输出电压能随外加磁场强度的改动而接连改动,其输出改动曲线一般如图4所示。它的特征是活络度高,输出动态方案宽、线性度好。图3a中V1、V2为差分拓宽器,R1、R2射极电阻的负反响展宽了电路的线性方案,V5、V6第二级差分拓宽使拓宽倍数很高。有的线性霍尔集成电路还设置了引出端外接电位器进行抵偿、调零或改动电路的活络度。

三、霍尔集成电路的运用

霍尔集成电路具有无触点、无磨损、无火花、低功耗、寿数长、活络度高、作业频率高的特征,它能在各种恶劣环境下牢靠安稳地作业。关于开关型霍尔IC,其最根柢的运用是作为一种挨近开关,如可用作霍尔无触点开关、限位开关、方向开关、压力开关、转速表等;线性型霍尔IC可用于非触摸测距、无触点电位器、无刷马达、磁场丈量的高斯计、磁力探伤等。
关于开关型霍尔IC,其输出端内部一般为开路集电极晶体管或开路发射极输出器办法,因而它能便本地与各种负载配接,如可直接驱动晶体管、LED、光电耦合器、单双向晶闸管和小电流继电器等,并能和TTL及CMOS数字电路、PLC输进口、固态继电器、各种交直流电子开关接口。图5~图6示出各种驱动接口办法,其间图5中的霍尔IC为开路集电极输出,图6中的霍尔IC为开路发射极输出办法。

四 、 运用实例及电路
(1)霍尔电势E=KIB/d,在有用中k I d值都是固定的,E是B的线性函数,即把磁通量,由于线性霍尔集成电路的输出电量随其查看的磁感应强度而线性改动,所以用微安计即可测得磁场的高斯量。
(2)由于电场的存在必定发作磁场,相同地能够用线性霍尔IC来对交直流电流的改动进行查看。如图8规范磁铁芯有一缺口,其上有线圈并通有查看电流,这时线圈发作的磁场即可被芯隙处的线性霍尔IC感测一同输出指示。运用这种办法还可进行过流,过压及欠压维护,其间霍尔IC亦可运用开关型的。
(3)在两块纷歧样的极性的磁铁基地的磁感应强度为零,放置其间的线性霍尔IC发作违背某一侧的位移时,霍尔IC的输出电压将与其位移量成正比,所以通过这种办法可丈量使杆梁位移的力的巨细。
(4)霍尔IC在无刷直流电机中替代电刷起电流换向效果,它打败了运用电刷所构成的使的噪声大,易磨坏,寿数短等缺点,其间R是无刷电机的耐久磁铁转子。彼此笔直的直径方向上的H1,H2是两块霍尔线性IC,它们别离操控四个能顺次给定子线圈L1-L4供应电流的晶体管。
(5) 丈量转数的办法如图11所示。把小磁铁固定在旋转体上,每转一星期霍尔IC便输出一个脉冲,用计数器丈量脉冲数便可得转数,单位时刻内的转数即转速。

(6)图12为霍尔液位操控办法。在浮子上固定一磁铁,当液位上升,磁铁挨近霍尔开关集成电路A时,A的状况翻转,操控电路使水泵接连作业,当池中液位降低使浮子上磁铁效果于霍尔开关B时,操控电路使水泵作业。

(7)无触点电位器的运用电路如图13所示。霍尔线性IC与双基极二极管构成一张弛颤动器,该颤动器输出脉冲的构成及两个脉冲的距离取决于霍尔IC的输出电压,用霍尔IC来操控双向可控硅的导通角,能够起到调功的效果。

(8)轿车电子焚烧器电路如图14所示。当轿车的起动磁钢效果于霍尔IC时,开关型IC即输出低电平,V1,V2俄然截止,贮存于L中的磁能在L,C2槽路发作颤动,构成约200V的交变电压,又经悉数L升压发作15kV以上的高压,生成电火花,点着轿车汽缸中的燃油。

(9)无触点沟通开关如图15所示。当磁铁挨近霍尔开关IC时,SCR截止;磁铁脱离后,单向可控硅导通,负载持续作业。
(10)无线防盗报警器如图16所示。门窗上的小磁铁挨近霍尔开关IC时,IC输出低电平,V因无扁置而截止;但当门窗发作位移时,小磁铁与IC别离,V通过R2取得偏置,电路起振,向外宣告无线电报警信号。

五、霍尔IC的运用留神事项
1、霍尔集成电路的运用电压方案较宽,但有用时电压宜低不宜高,一般在4.5-6V为宜,过高的电源电压会致使电路的温升而使电路作业不安稳。
2、开关型霍尔IC驱动负载时,其负载电流应小于霍尔IC的负载才调。为了使霍尔的输出电压凹凸大,一般其输出端加接较大阻值的负载电阻。
3、霍尔IC驱动的负载才调为理性时,应在输出端加接续流二极管。
4、驱动与霍尔IC纷歧样的电平的负载时最佳加接阻隔与缓冲级,可运用光电耦合器或加三极管驱动级。

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