机械工业出版社
中等职业教育电气类规划教材
《自动检测与转换技术》
第八章
多媒体课件
2009－5－1 更新
4/9/2022 1
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第八章 霍尔传感器
在这一章里，卡卡要给大家介绍霍尔传
感器的原理、特性、霍尔集成电路（霍尔
IC）及其应用。霍尔IC可以用于测量地球
磁场，制成电罗盘；将霍尔IC夹在环形铁
心的缺口中，可以制成大电流变送器。霍
尔传感器还广泛用于高斯计、无刷电动机、
接近开关等。霍尔传感器的最大特点是非
接触测量。
最基本的霍
尔元件是一
种四端元件
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第一节 霍尔元件的结构及工作原理
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。
磁感应强度B为零时的情况
c
d
a
b
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磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势
也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
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霍尔效应动画演示
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的
作用，向内侧（d 侧）偏移，在半导体薄片c、d方
向的端面之间建立起霍尔电势。
c
da
b
a
d
c
b
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磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
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 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Bcos，这时的霍尔电势与法线的夹角的余弦成正
比：
E
H
=K
H
IBcos
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磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。
当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率
的交变电势。
a
c
d
b
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霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少高斯
至正的多少高斯？（1T＝104Gs）
线性区
m
V
B
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霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故
在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励
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。
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
8μA 8mA 80mA
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第二节 霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差
动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直
接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件
如UGN3501等。
线性型三端
霍尔集成电路
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线性型霍尔特性
右图示出了具有双
端差动输出特性的线性
霍尔器件的输出特性曲
线。当磁场为零时，它
的输出电压等于零；当
感受的磁场为正向（磁
钢的S极对准霍尔器件
的正面）时， 输出为
正；磁场反向时，输出
为负。
请画出线性范围
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开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳
压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集
电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。
当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门
由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；
当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变
为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍
尔器件如UGN3020等。
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开关型霍尔集成电路
的外形及内部电路
OC门
施密特
触发电路
双端输入、
单端输出运放
霍尔
元件
.
Vcc
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开关型霍尔集成电路
（OC门输出）的接线
请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.
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开关型霍尔集成电路
与继电器的接线
?
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开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
回差越
大，抗振动
干扰能力就
越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少
特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离
霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回
差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？
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第三节 霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函
数，即 EH=KHIBcos 。
利用这个关系可以使其中两个量不变，
将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，
其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器
有许多用途。
霍尔传感器主要用于测量能够转换为
磁场变化的其他物理量。
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霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔元件
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霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
霍尔元件
磁铁
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霍尔传感器用于测量磁场强度
霍尔元件
测量铁心
气隙的B值
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霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机
械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统
靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而
周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、
放大、整形后可以确定被测物的转速。
S N
线性霍尔
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔
元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后
输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件
时，输出为低电平。
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置
（ABS）中的应用
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。
用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的转动，有
助于控制刹车力的大小和防止侧偏。
带有微
型磁铁
的霍尔
传感器
钢质
霍尔
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霍尔转速表的其他安装方法
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突
起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电
势的变化，产生转速信号。
霍尔元件
磁铁
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霍尔式无触点汽车电子点火装置
采用霍尔式无
触点电子点火装置能
较好地克服汽车合金
触点点火时间不准确、
触点易烧坏、高速时
动力不足等缺点。
汽车点火线圈
高压输出
接头
12V低压电源
输入接头
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霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁
5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集
成电路之间的安装关系 c）叶片位置与点火正时的关系
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霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
汽车电子点火电路及波形
1—点火开关 2—达林顿晶体管功率开关 3—点火线圈低压侧
4—点火线圈铁心 5—点火线圈高压侧 6—分火头 7—火花
塞
a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
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霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔
IC的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通
状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以
磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。
当叶片槽口转到霍尔IC面前时，霍尔IC输
出跳变为高电平，经反相变为低电平，达林顿
管截止，切断点火线圈的低压侧电流。由于没
有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁
场能量在高压侧感应出30~50kV的高电压。
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汽车电子点火装置使用的点火控制器、
霍尔传感器及点火总成
磁铁
点火总成
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霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消
了换向器和电刷，而采用霍尔
元件来检测转子和定子之间的
相对位置，其输出信号控制电
枢电流的换向，维持电动机的
正常运转。
由于无刷电动机不产生
电火花及电刷磨损等问题，所
以它在录像机、CD唱机、光
驱等家用电器中得到越来越广
泛的应用。
普通直流电动机使
用的电刷和换向器
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无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
可充电
电池组
无刷电动机
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%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%80%E6%9C%AF%E9%99%84%E4%BB%B6/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E5%87%BA%E7%89%88%E7%A4%BE%E7%AE%80%E4%BB%
无刷电动机在电动
自行车上的应用
无刷直流电动机
的外转子采用高性能
钕铁硼稀土永磁材料；
三个霍尔位置传感器
产生六个状态编码信
号，控制逆变桥各功
率管通断，使三相内
定子线圈与外转子之
间产生连续转矩。具
有效率高、无火花、
可靠性强等特点。
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电动自行车的无刷电动机及控制电路
去速度
控制器
利用
PWM
调速
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光驱用的无刷电动机内部结构
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霍尔式接近开关
当磁铁的有效磁极接
近、并达到动作距离时，
霍尔式接近开关动作。霍
尔接近开关一般还配一块
钕铁硼磁铁。
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霍尔式接近开关 用霍尔IC只能用于铁
磁材料的检测，并且还需要
建立一个较强的闭合磁场。 当磁铁随运
动部件移动到距
霍尔接近开关几
毫米时，霍尔IC
的输出由高电平
变为低电平，使
继电器吸合或释
放，控制运动部
件停止移动（否
则将撞坏霍尔
IC），起限位的
作用。 4/9/2022 36
霍尔式接近开关用于
转速测量演示 n= 60
f
4
(r/min)
软铁分流翼片 开关型霍尔IC
T
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霍尔电流传感器 将被测电流的
导线穿过霍尔电流
传感器的检测孔。
当有电流通过导线
时，在导线周围将
产生磁场，磁力线
集中在铁心内，并
在铁心的缺口处穿
过霍尔元件，从而
产生与电流成正比
的霍尔电压。
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霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC EH=KI I
I
所实现的多媒体界面：
I
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其他霍尔
电流传感器
4/9/2022 40
其他霍尔电流
传感器（续）
4/9/2022 41
霍尔钳形电流表（交直流两用）
压舌
豁口
4/9/2022 42
霍尔钳形电流表演示
直流200A量程
被测电流的
导线未放入
铁心时示值
为零
4/9/2022 43
钳形表的环形铁
心可以张开，
导线由此穿过
霍尔钳形
电流表演示
霍尔钳形
电流表演示
霍尔钳形
电流表演示
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%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%80%E6%9C%AF%E9%99%84%E4%BB%B6/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E5%87%BA%E7%89%88%E7%A4%BE%E7%AE%80%E4%BB%
霍尔钳形电流表
磁力线
磁力线
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霍尔钳形电流表的使用
被测电流的导线从此处穿入钳
形表的环形铁心
手指按下此处，将钳形表的
铁心张开
将被测电流导线逐根夹
到钳形表的环形铁心中
将空调电源的“三芯护套线”
夹到钳形表的环形铁心中，钳形
表的示值为多少？为什么？
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霍尔钳形电流表的使用（续）
叉形钳形表
漏磁稍大，
但使用方便
用钳形表测量
电动机的相电流
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霍尔式电流
谐波分析仪
被测电流的
谐波频谱
铁心的
开合缝隙
铁心的
杠杆压舌
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霍尔电流传感器的技术指标
某型号霍尔电流传感器技术指标
额定输入电流：300A
额定输出电：4±1% V
电源电压： ±15±5% V
失调电压： 25 mV
失调电压漂移：≤±1mV/℃
线性度： ≤1%FS
响应时间：≤7μS
绝缘电压：50HZ，1min， KV
工作温度：-10～+70 ℃
匝数比：1：2000 4/9/2022 49
出去活动一下
4/9/2022 50
