3 霍尔效应原理 当一个载流导体被置于一个磁场中时,会产生一个与电流和磁场都垂直的电压.该原理被称为霍尔效应. 图2-1 所示为霍尔效应的基本原理. 图中有一个电流流经的薄半导体材料板 (霍尔元件) . 输出线路与电流方向相垂直. 没有磁场存在时(图2-1),电流分布是均匀的,并且 在输出端没有任何电势差. 当施加一个垂直磁场时(如图 2-2 所示),电流会受 到一个洛伦兹力.该力会扰乱电流分布,并导致输出 端之间产生电势差 (电压) . 该电压就是霍尔电压 (VH). 磁场和电流之间的相互作用可由公式 2-1 表示. 霍尔效应传感器可以应用于许多类型的传感设备中. 如果待检测的物理量 (参数) 包括或能够包括一个磁场, 就可以使用霍尔传感器来完成检测任务. 霍尔效应传感器集成电路 简介 1879 年,Edwin Hall 博士在约翰霍普金斯大学(位于巴尔的摩)攻读博士学位期间发现了霍尔效应.当时 Hall 博士 尝试验证 30 多年前开尔文所提出的电子流动原理.他发现当所放置的磁体所产生的磁场与电流所流经的薄金矩形材 料的一面垂直时,在相对应的边缘侧就会产生电压;这个电压与流经导体的电流以及垂直于导体的磁场强度或磁感应 强度成正比. 虽然Hall的试验非常成功并且广受赞誉, 但之后70多年却并没有任何在理论物理学领域之外的实际应用. 随着 20 世纪 50 年代半导体材料的出现, 霍尔效应终于有了第一个应用. 但是, 这些应用均受困于成本问题. 1965 年, MICRO SWITCHTM 传感与控制部高级研发工程师 Everett Vorthmann 和Joe Maupin 合作寻找一种实用的经济型固态 传感器.他们尝试了许多不同的概念,但最终选择了霍尔效应,原因在于可以将其完全集成至单个硅芯片上.该突破 导致了霍尔效应的第一个经济型、大规模应用——真正的固态键盘.MICRO SWITCHTM 传感器与控制部已为键盘和 传感器产品生产和交付了约十亿只霍尔效应部件. 图2-1:霍尔效应原理(没有磁场) 公式 (2-1) 4 霍尔电压与电流 (I) 和磁场 (B) 的矢量积成正比.霍尔电 压在硅中约为 7mv/Vs/gauss 量级,因此在实际应用中 需要对其进行放大. 硅具有压电效应,其电阻会随压力而成正比例变化.在 霍尔传感器中需要将这种影响降至最低水平.将霍尔元 件朝向 IC 以尽可能降低压力效应,以及使用多个霍尔 元件可以实现上述目的.图2-3 所示为一个集成电路上 紧密放置的两个霍尔元件.它们的放置方式可以使其经 受相同的封装压力(由AR 表示).第一个霍尔元件的 激励沿垂直轴方向,第二个霍尔元件的激励沿水平轴方 向.两个输出相加则可消除压力所产生的信号.MICRO SWITCH 霍尔集成电路使用两个或四个霍尔元件. 基本霍尔效应传感器 霍尔元件是基本的磁场传感器.为使其输出可用于绝大 多数实际应用,需对信号进行调理.所需的信号调理电 路包括一个放大电路和温度补偿.当使用非稳压电源运 行时,还需要对电压进行调整.图2-4 所示为一个基本 霍尔效应传感器. 在没有磁场时对霍尔电压进行测量, 输出电压均为零 (见图2-1).但是,如果对地测量两个输出端子的电压, 则会出现一个非零电压.这就是共模电压 (CMV),两个 输出端子上的共模电压是相同的, 即电势差为零. 图2-4 中所示的放大器必须是一个差分放大器,这样才能仅对 电势差 - 霍尔电压进行放大. 霍尔电压是一个低电压的小信号,在1gauss 磁场中霍 尔电压约为 30 微伏量级.这种低电压输出需要一个具 有低噪声、高输入阻抗和中等增益的放大器. 采用标准双极晶体管技术可以轻易地将具有这些特性的 差分放大器与霍尔元件集成到一起.也能将温度补偿电 路轻松集成进来. 如公式 2-1 所示,霍尔电压是输入电流的函数.图2-4 中稳压器的作用是使电流值保持恒定,以使传感器输出 只反映磁场强度的大小.鉴于许多系统都使用了稳压电 源,因此有些霍尔效应传感器中可能并不包含内置的稳 压器. 图2-2:霍尔效应原理(有磁场) 图2-3:霍尔元件朝向 图2-4:基本霍尔效应传感器 稳压器 输出 霍尔 元件 差分放 大器 5 模拟输出传感器 图2-4 中的传感器是一种基本的模拟输出设备.模拟传 感器提供了与其所处磁场成正比的输出电压.虽然它是 一种完整的设备,但是也可以增加一些额外电路功能以 简化应用. 所感应的磁场既可以正的也可以是负的,因此放大器的 输出也可以是正的或负的.这就需要同时使用正和负电 源.为避免使用两个电源,在差分放大器中引入了一个 固定的偏移量或偏置.当没有磁场存在时输出端上出现 的偏置值作为零位电压参考.当感应到一个正磁场时, 输出增大到零位电压以上.与此相反,当感应到一个负 磁场时, 输出减小到零位电压以下, 但是仍然是正电压. 零位电压说明参见图 2-5. 放大器输出不能超出电源的极限值.实际上,在未达到 电源极限值之前放大器就已经开始饱和了.饱和现象如 图2-5 所示.需要注意的是,饱和是在放大器中而不是 霍尔元件中发生的.因此,大磁场并不会损坏霍尔元件 传感器,只是会使其进入饱和状态. 为进一步提高设备的接口灵活性,向差分放大器的输出 增加了发射极开路、集电极开路或推挽式晶体管.图2-6 所示是一个包括所有上述电路功能的完整模拟输出霍尔效 应传感器. 上文对与模拟输出传感器相关的基本概念进行了介绍.随 后还对这些设备的规格参数及其含义进行了说明. 输出 vs 电源特性 模拟输出传感器有 4.5 到10.5、4.5 到12 和6.6 到12.6 VDC 三种电压范围可用.它们通常都需要一个稳压电源 才能精确运行.其输出通常是推挽式输出,并且与电源电 压成比例(与偏移量和增益有关). 图2-5:零位电压概念 图2-6:简单的模拟输出传感器 (SS49/SS19 型) 图2-7:比例线性输出传感 零位电压 饱和 饱和 北磁极 输入 - 磁场 (Gauss) 南磁极 输出电压(V) 霍尔 元件 放大器 线性输出 接地 输出 放大器 输出 接地 霍尔 元件 6 图2-7 是一个可以接受 4.5 到10.5 V 电源的比例模拟 传感器.该传感器的灵敏度 (mV/Gauss) 和偏移电压 (V) 均与电源电压成正比(比例).该设备具有"轨到轨" 操作功能.也就是说,其输出可从接近零电压(典型值 为0.2V) 到接近电源电压 (典型值为 Vs-0.2V) 之间变化. 传递函数 一个设备的传递函数描述了其输出随输入的变化.传递 函数可以用公式或曲线图表示.对于模拟输出霍尔效应 传感器来说,传递函数表示了一个磁场输入 (gauss) 与 一个电压输出之间的关系.典型模拟输出传感器的传递 函数如图 2-8 所示. 公式 2-2 可用来近似表示模拟传感器的传递函数. Vout (Volts) = (6.25 x 10-4 x Vs)B + (0.5 x Vs) 图2-9:灵敏度温漂 图2-8:传递函数 ... 模拟输出传感器 输出电压 (V) 输入磁场 (GAUSS) 磁场 传感器 电压 -640 < B(Gauss) < +640 —— (2-2) 一个模拟输出传感器的传递函数主要有灵敏度、零位偏移和量程三个参数. 灵敏度被定义为给定的输入变化所造成的输出变化.传递函数的斜率 I(如图 2-8 所示)对应于传感器的灵敏度.公式2-2 中的因子 {B (6.25 x 104 x VS)} 表示该传感器的灵敏度. 零位偏移指的是没有磁场激励时的传感器输出.在图 2-8 所示的传递函数中,零位偏移就是在 0 高斯磁场以及给定 电源电压下的输出电压.公式 2-2 中的第二项 (0.5 x VS) 表示零位偏移. 量程定义为模拟输出传感器的输出范围.量程是输入从负磁场强度(北极)变化到正磁场强度(南极)所对应的输出 电压之差.表示为以下公式: Span = VOUT @ (+) gauss - VOUT @ (-) gauss —— (2-3) 虽然一个模拟输出传感器被认为在其量程内是线性的, 但实际上任何一个传感器都不是完全线性的.线性度参 数定义了与假设为直线的传递函数之间的最大偏差.霍 尼韦尔的模拟输出霍尔效应传感器都是精密的传感器, 其典型的线性度在 -0.5% 到-1.5% 之间(依具体型号 而定).对这些设备来说,线性度是实际输出与两个端 点之间理想直线的差.其值以量程的百分比表示. 基本的霍尔设备对温度变化反应灵敏.可以向霍尔效应 传感器内加入信号调节电路以补偿温度的影响.图2-9 所示为微型线性霍尔效应传感器的灵敏度随温度的漂 移. 基于 25C 数值 的漂移 % 最大值 典型值 最小值 温度 (℃ ) 7 图2-11:传递函数滞环 ... 数字输出传感器 图2-12:NPN 型(灌电流)... 数字输出传感器 图2-10:数字输出霍尔效应传感器 数字输出传感器 前文将模拟输出传感器描述为一个具有与其输入成正比的 模拟输出的设备.而在本节我们将介绍数字式霍尔效应 传感器.该传感器的输出只有两种状态:ON(导通)或OFF(关闭).向图 2-4 中所示的基本模拟输出设备上 增加一个施密特触发电路就可以将其转换为一个数字输出 传感器.图2-10 所示为一个典型的内部稳压数字输出霍 尔效应传感器. 施密特触发器将差分放大器(图2-10)的输出与一个 预设基准进行比较.当放大器输出超过基准时,施密特 触发器导通.反之,当放大器输出小于基准点时,施密 特触发器的输出就会关闭. 施密特触发器电路具有滞环功能, 以实现无抖动的开关. 根据传感器是处于导通还是关闭状态而相应设置两个不 同的基准值即可实现滞环. 传递函数 具有滞环的数字输出霍尔效应传感器的传递函数如图 2-11 所示. 主要的输入 / 输出特性包括动作点、释放点以及两者之 差(回差).当磁场不断增强时,只要尚未达到动作点, 传感器的输出就不会发生变化.一旦达到动作点,传感 器的输出状态就会改变.之后继续增大磁场输入将没有 任何影响.当磁场强度降低到动作点以下时,只要尚未 达到释放点, 那么输出仍会保持原有状态. 达到释放点时, 传感器的输出才会返回原始状态(OFF).动作点和释 放点之间回差(滞环)的作用就是避免因输入的微小变 化而导致误触发. 与模拟输出霍尔效应传感器一样,在数字输出传感器中 也加入了一个输出晶体管,以提高应用的灵活性.该输 出晶体管通常是 NPN 型(灌电流).参见图 2-12.第4章将对其特性和优势进行详细介绍. 本节介绍了与数字输出传感器有关的基本特性.并且对规 格参数以及这些参数对产品选型的影响进行了说明. 稳压器 霍尔 元件 放大器 数字输出 接地 施密特 触发器 稳压器 霍尔 元件 放大器 施密特 触发器 输出 数字输出 接地 输出状态 ON (导通) 释放 动作 输入磁场 (gauss) OFF (关闭) 8 电源特性 数字输出传感器有两种不同的电源配置 - 稳压型和非稳 压型.绝大多数的数字霍尔效应传感器都是稳压型电源配 置,可以使用 3.8 到24 VDC 之间的电源.非稳压型传感 器被用于特殊应用中. 它们需要一个经过稳压且电压在4.5 到5.5 伏之间的直流电源 (5 ± 0.5 v).包含内置稳压器的 传感器主要用于通用型应用.非稳压型传感器应与逻辑电 路相结合用在具有稳压 5 伏电源的应用中. 输入特性 数字输出传感器的输入特性是从动作点、释放点和回差三 方面定义的.由于这些特性都会随温度而变化,并且在不 同的传感器上大相径庭,因此以最大值和最小值来指定其 大小. 最大动作点指的是在任何额定条件下都能保证数字输出 传感器导通的磁场强度.最小释放点指的是能够保证传 感器关闭的磁场强度. 图2-13 所示为一个典型单极性数字输出传感器的输入 特性.图中所示传感器被称为单极性传感器,因为最大 动作点和最小释放点的值都是正数(也就是说是磁场的 南极). 双极性传感器具有正的最大动作点(南极)和负的最小 释放点(北极).传递函数如图 2-14 所示.请注意, 双极性传感器的实际动作点和释放点有三种组合形式. 真正的闭锁设备(由双极性设备 2 表示)总是具有正的 动作点和负的释放点. 图2-14:双极性输入特性 ... 数字输出传感器 图2-13:单极性输入特性 输入磁场 (gauss) 最小释放点 输出 状态 ON (导通) OFF(关闭) 最大释放点 输入磁场 (gauss) 最大释放点 双极性设备 3 最大操作点 双极性设备 2 最小释放点 ON (导通) 双极性设备 1 OFF(关闭) 输出特性 数字输出传感器的输出特性被定义为其输出晶体管的电气特性.包括类型(比如说 NPN 型)、最大电流、击穿电压 和开关时间等.该参数及其他参数的含义将在第 4 章详细探讨. 总结 本章对霍尔效应传感器相关的基本概念进行了介绍,对霍尔效应的原理以及模拟和数字输出传感器的工作原理和规格 参数进行了说明.下一章将对磁原理进行介绍.所介绍的内容将为设计用于驱动霍尔效应传感器的磁系统打下必要基 础.
下载该文档
文档格式：PDF
更新时间：2014-08-09
下载次数：0
点击次数：1
3 霍尔效应原理 当一个载流导体被置于一个磁场中时,会产生一个与电流和磁场都垂直的电压.该原理被称为霍尔效应. 图2-1 所示为霍尔效应的基本原理. 图中有一个电流流经的薄半导体材料板 (霍尔元件) . 输出线路与电流方向相垂直. 没有磁场存在时(图2-1),电流分布是均匀的,并且 在输出端没有任何电势差. 当施加一个垂直磁场时(如图 2-2 所示),电流会受 到一个洛伦兹力.该力会扰乱电流分布,并导致输出 端之间产生电势差 (电压) . 该电压就是霍尔电压 (VH). 磁场和电流之间的相互作用可由公式 2-1 表示. 霍尔效应传感器可以应用于许多类型的传感设备中. 如果待检测的物理量 (参数) 包括或能够包括一个磁场, 就可以使用霍尔传感器来完成检测任务. 霍尔效应传感器集成电路 简介 1879 年,Edwin Hall 博士在约翰霍普金斯大学(位于巴尔的摩)攻读博士学位期间发现了霍尔效应.当时 Hall 博士 尝试验证 30 多年前开尔文所提出的电子流动原理.他发现当所放置的磁体所产生的磁场与电流所流经的薄金矩形材 料的一面垂直时,在相对应的边缘侧就会产生电压;这个电压与流经导体的电流以及垂直于导体的磁场强度或磁感应 强度成正比. 虽然Hall的试验非常成功并且广受赞誉, 但之后70多年却并没有任何在理论物理学领域之外的实际应用. 随着 20 世纪 50 年代半导体材料的出现, 霍尔效应终于有了第一个应用. 但是, 这些应用均受困于成本问题. 1965 年, MICRO SWITCHTM 传感与控制部高级研发工程师 Everett Vorthmann 和Joe Maupin 合作寻找一种实用的经济型固态 传感器.他们尝试了许多不同的概念,但最终选择了霍尔效应,原因在于可以将其完全集成至单个硅芯片上.该突破 导致了霍尔效应的第一个经济型、大规模应用——真正的固态键盘.MICRO SWITCHTM 传感器与控制部已为键盘和 传感器产品生产和交付了约十亿只霍尔效应部件. 图2-1:霍尔效应原理(没有磁场) 公式 (2-1) 4 霍尔电压与电流 (I) 和磁场 (B) 的矢量积成正比.霍尔电 压在硅中约为 7mv/Vs/gauss 量级,因此在实际应用中 需要对其进行放大. 硅具有压电效应,其电阻会随压力而成正比例变化.在 霍尔传感器中需要将这种影响降至最低水平.将霍尔元 件朝向 IC 以尽可能降低压力效应,以及使用多个霍尔 元件可以实现上述目的.图2-3 所示为一个集成电路上 紧密放置的两个霍尔元件.它们的放置方式可以使其经 受相同的封装压力(由AR 表示).第一个霍尔元件的 激励沿垂直轴方向,第二个霍尔元件的激励沿水平轴方 向.两个输出相加则可消除压力所产生的信号.MICRO SWITCH 霍尔集成电路使用两个或四个霍尔元件. 基本霍尔效应传感器 霍尔元件是基本的磁场传感器.为使其输出可用于绝大 多数实际应用,需对信号进行调理.所需的信号调理电 路包括一个放大电路和温度补偿.当使用非稳压电源运 行时,还需要对电压进行调整.图2-4 所示为一个基本 霍尔效应传感器. 在没有磁场时对霍尔电压进行测量, 输出电压均为零 (见图2-1).但是,如果对地测量两个输出端子的电压, 则会出现一个非零电压.这就是共模电压 (CMV),两个 输出端子上的共模电压是相同的, 即电势差为零. 图2-4 中所示的放大器必须是一个差分放大器,这样才能仅对 电势差 - 霍尔电压进行放大. 霍尔电压是一个低电压的小信号,在1gauss 磁场中霍 尔电压约为 30 微伏量级.这种低电压输出需要一个具 有低噪声、高输入阻抗和中等增益的放大器. 采用标准双极晶体管技术可以轻易地将具有这些特性的 差分放大器与霍尔元件集成到一起.也能将温度补偿电 路轻松集成进来. 如公式 2-1 所示,霍尔电压是输入电流的函数.图2-4 中稳压器的作用是使电流值保持恒定,以使传感器输出 只反映磁场强度的大小.鉴于许多系统都使用了稳压电 源,因此有些霍尔效应传感器中可能并不包含内置的稳 压器. 图2-2:霍尔效应原理(有磁场) 图2-3:霍尔元件朝向 图2-4:基本霍尔效应传感器 稳压器 输出 霍尔 元件 差分放 大器 5 模拟输出传感器 图2-4 中的传感器是一种基本的模拟输出设备.模拟传 感器提供了与其所处磁场成正比的输出电压.虽然它是 一种完整的设备,但是也可以增加一些额外电路功能以 简化应用. 所感应的磁场既可以正的也可以是负的,因此放大器的 输出也可以是正的或负的.这就需要同时使用正和负电 源.为避免使用两个电源,在差分放大器中引入了一个 固定的偏移量或偏置.当没有磁场存在时输出端上出现 的偏置值作为零位电压参考.当感应到一个正磁场时, 输出增大到零位电压以上.与此相反,当感应到一个负 磁场时, 输出减小到零位电压以下, 但是仍然是正电压. 零位电压说明参见图 2-5. 放大器输出不能超出电源的极限值.实际上,在未达到 电源极限值之前放大器就已经开始饱和了.饱和现象如 图2-5 所示.需要注意的是,饱和是在放大器中而不是 霍尔元件中发生的.因此,大磁场并不会损坏霍尔元件 传感器,只是会使其进入饱和状态. 为进一步提高设备的接口灵活性,向差分放大器的输出 增加了发射极开路、集电极开路或推挽式晶体管.图2-6 所示是一个包括所有上述电路功能的完整模拟输出霍尔效 应传感器. 上文对与模拟输出传感器相关的基本概念进行了介绍.随 后还对这些设备的规格参数及其含义进行了说明. 输出 vs 电源特性 模拟输出传感器有 4.5 到10.5、4.5 到12 和6.6 到12.6 VDC 三种电压范围可用.它们通常都需要一个稳压电源 才能精确运行.其输出通常是推挽式输出,并且与电源电 压成比例(与偏移量和增益有关). 图2-5:零位电压概念 图2-6:简单的模拟输出传感器 (SS49/SS19 型) 图2-7:比例线性输出传感 零位电压 饱和 饱和 北磁极 输入 - 磁场 (Gauss) 南磁极 输出电压(V) 霍尔 元件 放大器 线性输出 接地 输出 放大器 输出 接地 霍尔 元件 6 图2-7 是一个可以接受 4.5 到10.5 V 电源的比例模拟 传感器.该传感器的灵敏度 (mV/Gauss) 和偏移电压 (V) 均与电源电压成正比(比例).该设备具有"轨到轨" 操作功能.也就是说,其输出可从接近零电压(典型值 为0.2V) 到接近电源电压 (典型值为 Vs-0.2V) 之间变化. 传递函数 一个设备的传递函数描述了其输出随输入的变化.传递 函数可以用公式或曲线图表示.对于模拟输出霍尔效应 传感器来说,传递函数表示了一个磁场输入 (gauss) 与 一个电压输出之间的关系.典型模拟输出传感器的传递 函数如图 2-8 所示. 公式 2-2 可用来近似表示模拟传感器的传递函数. Vout (Volts) = (6.25 x 10-4 x Vs)B + (0.5 x Vs) 图2-9:灵敏度温漂 图2-8:传递函数 ... 模拟输出传感器 输出电压 (V) 输入磁场 (GAUSS) 磁场 传感器 电压 -640 < B(Gauss) < +640 —— (2-2) 一个模拟输出传感器的传递函数主要有灵敏度、零位偏移和量程三个参数. 灵敏度被定义为给定的输入变化所造成的输出变化.传递函数的斜率 I(如图 2-8 所示)对应于传感器的灵敏度.公式2-2 中的因子 {B (6.25 x 104 x VS)} 表示该传感器的灵敏度. 零位偏移指的是没有磁场激励时的传感器输出.在图 2-8 所示的传递函数中,零位偏移就是在 0 高斯磁场以及给定 电源电压下的输出电压.公式 2-2 中的第二项 (0.5 x VS) 表示零位偏移. 量程定义为模拟输出传感器的输出范围.量程是输入从负磁场强度(北极)变化到正磁场强度(南极)所对应的输出 电压之差.表示为以下公式: Span = VOUT @ (+) gauss - VOUT @ (-) gauss —— (2-3) 虽然一个模拟输出传感器被认为在其量程内是线性的, 但实际上任何一个传感器都不是完全线性的.线性度参 数定义了与假设为直线的传递函数之间的最大偏差.霍 尼韦尔的模拟输出霍尔效应传感器都是精密的传感器, 其典型的线性度在 -0.5% 到-1.5% 之间(依具体型号 而定).对这些设备来说,线性度是实际输出与两个端 点之间理想直线的差.其值以量程的百分比表示. 基本的霍尔设备对温度变化反应灵敏.可以向霍尔效应 传感器内加入信号调节电路以补偿温度的影响.图2-9 所示为微型线性霍尔效应传感器的灵敏度随温度的漂 移. 基于 25C 数值 的漂移 % 最大值 典型值 最小值 温度 (℃ ) 7 图2-11:传递函数滞环 ... 数字输出传感器 图2-12:NPN 型(灌电流)... 数字输出传感器 图2-10:数字输出霍尔效应传感器 数字输出传感器 前文将模拟输出传感器描述为一个具有与其输入成正比的 模拟输出的设备.而在本节我们将介绍数字式霍尔效应 传感器.该传感器的输出只有两种状态:ON(导通)或OFF(关闭).向图 2-4 中所示的基本模拟输出设备上 增加一个施密特触发电路就可以将其转换为一个数字输出 传感器.图2-10 所示为一个典型的内部稳压数字输出霍 尔效应传感器. 施密特触发器将差分放大器(图2-10)的输出与一个 预设基准进行比较.当放大器输出超过基准时,施密特 触发器导通.反之,当放大器输出小于基准点时,施密 特触发器的输出就会关闭. 施密特触发器电路具有滞环功能, 以实现无抖动的开关. 根据传感器是处于导通还是关闭状态而相应设置两个不 同的基准值即可实现滞环. 传递函数 具有滞环的数字输出霍尔效应传感器的传递函数如图 2-11 所示. 主要的输入 / 输出特性包括动作点、释放点以及两者之 差(回差).当磁场不断增强时,只要尚未达到动作点, 传感器的输出就不会发生变化.一旦达到动作点,传感 器的输出状态就会改变.之后继续增大磁场输入将没有 任何影响.当磁场强度降低到动作点以下时,只要尚未 达到释放点, 那么输出仍会保持原有状态. 达到释放点时, 传感器的输出才会返回原始状态(OFF).动作点和释 放点之间回差(滞环)的作用就是避免因输入的微小变 化而导致误触发. 与模拟输出霍尔效应传感器一样,在数字输出传感器中 也加入了一个输出晶体管,以提高应用的灵活性.该输 出晶体管通常是 NPN 型(灌电流).参见图 2-12.第4章将对其特性和优势进行详细介绍. 本节介绍了与数字输出传感器有关的基本特性.并且对规 格参数以及这些参数对产品选型的影响进行了说明. 稳压器 霍尔 元件 放大器 数字输出 接地 施密特 触发器 稳压器 霍尔 元件 放大器 施密特 触发器 输出 数字输出 接地 输出状态 ON (导通) 释放 动作 输入磁场 (gauss) OFF (关闭) 8 电源特性 数字输出传感器有两种不同的电源配置 - 稳压型和非稳 压型.绝大多数的数字霍尔效应传感器都是稳压型电源配 置,可以使用 3.8 到24 VDC 之间的电源.非稳压型传感 器被用于特殊应用中. 它们需要一个经过稳压且电压在4.5 到5.5 伏之间的直流电源 (5 ± 0.5 v).包含内置稳压器的 传感器主要用于通用型应用.非稳压型传感器应与逻辑电 路相结合用在具有稳压 5 伏电源的应用中. 输入特性 数字输出传感器的输入特性是从动作点、释放点和回差三 方面定义的.由于这些特性都会随温度而变化,并且在不 同的传感器上大相径庭,因此以最大值和最小值来指定其 大小. 最大动作点指的是在任何额定条件下都能保证数字输出 传感器导通的磁场强度.最小释放点指的是能够保证传 感器关闭的磁场强度. 图2-13 所示为一个典型单极性数字输出传感器的输入 特性.图中所示传感器被称为单极性传感器,因为最大 动作点和最小释放点的值都是正数(也就是说是磁场的 南极). 双极性传感器具有正的最大动作点(南极)和负的最小 释放点(北极).传递函数如图 2-14 所示.请注意, 双极性传感器的实际动作点和释放点有三种组合形式. 真正的闭锁设备(由双极性设备 2 表示)总是具有正的 动作点和负的释放点. 图2-14:双极性输入特性 ... 数字输出传感器 图2-13:单极性输入特性 输入磁场 (gauss) 最小释放点 输出 状态 ON (导通) OFF(关闭) 最大释放点 输入磁场 (gauss) 最大释放点 双极性设备 3 最大操作点 双极性设备 2 最小释放点 ON (导通) 双极性设备 1 OFF(关闭) 输出特性 数字输出传感器的输出特性被定义为其输出晶体管的电气特性.包括类型(比如说 NPN 型)、最大电流、击穿电压 和开关时间等.该参数及其他参数的含义将在第 4 章详细探讨. 总结 本章对霍尔效应传感器相关的基本概念进行了介绍,对霍尔效应的原理以及模拟和数字输出传感器的工作原理和规格 参数进行了说明.下一章将对磁原理进行介绍.所介绍的内容将为设计用于驱动霍尔效应传感器的磁系统打下必要基 础.