课程设计报告u魅
年级2005级专业集成电路设计与集成系统班级5班姓名同组人姓名
指导老师陈清法职称高级工程师
动力钳
课程性质闭开
设计项目100A交直流磁平衡霍尔电流传感器
实验要求必开或选开监视设备
电子台历1 设计目的
1.1 通过对霍尔效应的了解，认真分析霍尔组件的工作原理及各种特性。
1.2 更深入的分析霍尔电流传感器，达到把工作状态的大电流转换成可方便测
得的小电流的目的。
2 设计要求
2.1 了解霍尔电流传感器工作原理及各种参数。
2.2 通过100A交直流磁平衡式霍尔电流传感器转换得的小电流测出0---100A
软纱门的工作电流
3 课程设计的进度安排
3.1 了解霍尔电流传感器的背景及其各种实际应用。
3.2 了解霍尔电流传感器的不同类型。
3.3 熟悉霍尔电流传感器的基本结构。
3.4 分析霍尔电流传感器的工作原理。
3.5熟悉霍尔传感器的一般性能和参数。
3.6进一步了解100A霍尔电流传感器的工作原理图及其各种组件的用途。3.7 总结本次课程设计并加以应用。
安全带卡扣3.8通过整个课题过程所了解到的内容，整理出论文形式的课题报告。
4 设计原理及结果
摘要：随着电力技术的发展，用分流器和电流互感器作为检测电流的器件已能满足中、高频高di/dt、宽带谱电流波形的传递、霍尔电流传感器是目前弥这一空缺的主要电流检测器件。霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测组件。上世纪80年代末期出现了磁平衡式霍尔电流传感器，它一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（级线圈）和放大电路等组成。霍尔效应及霍尔器件霍尔效应是霍尔技术应用理论基础，被测电流In流过导体产生的磁场，由通过霍尔组件输出信号控制补偿电流Im流过次级线圈产生的磁场补偿，当原边与副边的磁场达到平衡时其补偿电流Im即可精确反映原边电流In值，从而可通过补偿电流值的大小出原边电流。 关键词：分流器，霍尔元件，霍尔电流传感器
第一章霍尔电流传感器的发展背景
21世纪，是人类全面进入信息电子化的时代。随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们更依赖于获取外界信息的采集技术。敏感组件及传感器是人类探知自然界信息的触角，它可以将人们需要探知的各种非电量信息转化为电量信息，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。如今，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术，已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。
传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。自1879年美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，以此为基础的霍尔传感器已发展成一个品种多样的磁传感器产品家族，被越来越多地应用于工业控制的各个领域。而由此衍生的霍尔传感器产业也在近十几年逐渐发展壮大起来，日益生机勃勃。
据统计，目前全世界约有40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发，研发机构6000余家。其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，研发生产单位4000余家，产品20000多种，对应用范围广的产品已实现规模化生产，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。1998年，全世界传感器市场销售额已达325亿元，预计2006年销售额将增至506亿美元。传感器在总体上呈现出多功能、微型化、集成化、智能化和网络化发展趋势。
我国的传感器技术及产业在国家“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。目前有1688家传感器研发机构，产品约6000种，年产量13.2亿多支，其中约1／2产品销往国外。预计到“十五”期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到20亿支，销售总额将达约120亿元。
虽然我国的传感器技术及其产业发展较快，但是与发达国家相比仍然存在很大差距。主要表现为：一是产业基础还很薄弱，各大类传感器发展不均衡；二是产品技术档次低，品种规格不齐全；三是技术创新能力薄弱，投资强度低，关键技术受制于人；四是市场占有率低，相当一部分中、高档产品被国
外公司占领；五是企业经营机制不活，经济效益低下。我国传感器产业在科技投入(经费、高级人才资源)、产业环境(世界市场占有率、产业结构、企业规模、营销能力)以及科技实力(专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力)三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。
1992年，国家科技部提出了《关于发展电子敏感技术的建议》，对促
进传感器技术的发展起到了很大的推进作用，但由于多种因素的限制，产业化的速度一直较慢，使我国传感器技术不仅落后于计算机技术的发展，而且已经成为我国电子信息技术、生物技术、核技术、航天技术、新材料和自动化技术发展的约束。2002年召开的全国自动化高层战略研讨会上，许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络方面的落后。
第二章 霍尔效应
美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，如果置于磁场中的载流体的电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向上会产生一附加的横向电场，即在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这种现象被称为霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。
霍尔效应从本质上讲运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用，分别向材料横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作是霍尔电场，霍尔电场所产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等，这时材料的两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。 如图4.2.1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流I s 在z 方向上加以磁场B 则在Y 方向即试样AA`电极两侧开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场指向取决于试样的导电类型。
图 4.2.1
显然，该电场阻止载流子继续向侧面偏移。 eE H 与洛仑兹力B eV F l ⨯-=相等时，样品两侧电荷的积累就达到
B eV eE H ⨯-=- （1）
其中E H 为霍尔电场，V 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。 设试样的宽为b ，厚度为d 载流子浓度为n ，则
I s ＝nevbd （2）
由（1）、（2）两式可得：
V H ＝E H b ＝d
B I S H R （3） 比例系数ne H R 1
=称为霍尔系数，它是反映霍尔效应强弱的重要参数，只要测
出V H 以及知道I S B 和d 可用下列计算：
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