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霍尔集成电路的应用
1引言霍尔集成电路是一种磁敏传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔集成电路以霍尔效应为其工作基础。霍尔集成电路具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。按照霍尔集成电路的功能可将它们分为:霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。霍尔线性集成电路的精度高、线性度好；霍尔开关集成电路无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。通过霍尔集成电路将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。2霍尔效应和霍尔集成电路2.1霍尔效应如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。2.2霍尔器件霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。2.2.1霍尔元件在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。InSb和GaAs霍尔元件输出特性见图1
霍尔元件的输出特性这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。2.2.2霍尔集成电路2.2.2.1霍尔线性集成电路它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图2和图3。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3。图2霍尔线性电路UGN3501的磁电转换特性曲线图3霍尔线性电路的功能框图

型号Vcc
V线性范围mT工作温度
℃灵敏度
S/mV/mT静态输出电压Vo/VminmidmaxminmidmaxUGN35018～12±100－20～＋853.57.0－2.53.65.0UGN35034.5～6±90－20～＋857.513.530.02.252.52.75型号IOUT/mARo/kΩIcc/mA乘积灵敏度V/A·0.1T输出形式引脚排列外形结构typmax1234UGN35014.00.11020－射极输出VCC地输出－CI/PUGN3503－0.059.014－射极输出VCC地输出－CI/P表3霍尔线性电路的特性参数2.2.2.2霍尔开关集成电路霍尔开关集成电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图5，图5(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。(a)单OC输出(b)双OC输出图4霍尔开关集成电路的功能框图(a)开关型输出特性(b)锁定型输出特性图5霍尔开关集成电路的输出特性一般规定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B正向增加，达到BOP时，电路导通，之后无论B增加或减小，甚至将B除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP时，才改变为截止态，因而称为锁定型。霍尔开关电路的性能参数见表4。表4霍尔开关电路的特性参数
型号VCC
VBop
mTBRP
mTBH
mTIcc
mAIo
mAVo
satIoff
μA备注CS10184.8～18－14～20－20～14≥6≤125≤0.4≤10CS10284.5～24－28～30－30～28≥2≤925≤0.4≤10CS20184.0～2010～20－20～－10≥6≤30300≤0.6≤10互补输出CS3023.5～240～6－6～0≥6≤95≤0.