传感技术自学报告
?的电荷量。Fm指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A侧面积聚，同时在B侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y
?E轴负方向上的横向电场H（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正
?方向的电场力Fe，A、B面之间的电位差为VH（即霍尔电压），则
????V?Fe?qEH??eEH?eEHj?eHjb (3-10)
将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有
??Fm?Fe?0
?VH??eVBj?ej?0b VeVB?eHb 即
得 VH?VBb (3-11) 此时B端电位高于A端电位。
若N型单晶中的电子浓度为n，则流过样片横截面的电流 I=nebdV
IV?nebd (3-12) 得
将(3.12)式代入(3.11)式得 1IBVH?IB?RH?KHIBnedd (3-13)
1RH?ne称为霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小；式中1KH?ned称为霍尔元件的灵敏度，一般地说，KH愈大愈好，以便获得较大的霍尔电压VH。因KH和载流子浓度n成反比，而半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小，所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。又因KH和样品厚度d成反比，所以霍尔片都切得很薄，一般d≈0.2mm。
上面讨论的是N型半导体样品产生的霍尔效应，B侧面电位比A侧面高；对于P型半导体样品，由于形成电流的载流子是带正电荷的空穴，与N型半导体的情况相反，A侧面积累正电荷，B侧面积累负电荷，如图所示，此时，A侧面电位比B侧面高。由此可知，根据A、B两端电位的高低，就可以判断半导体材料的导电类型是P型还是N型。
由（3-13）式可知，如果霍尔元件的灵敏度RH已知，测得了控制电
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流I和产生的霍尔电压VH，则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度为： VB?HIKH
高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器。它是选定霍尔元件，即KH已确定，保持控制电流I不变，则霍尔电压VH与被测磁感应强度B成正比。如按照霍尔电压的大小，预先在仪器面板上标定出高斯刻度，则使用时 由指针示值就可直接读出磁感应强度B值。
由（3-13）式知
VdRH?HIB
因此将待测的厚度为d的半导体样品，放在均匀磁场中，通以控制电流I，测出霍尔电压VH，再用高斯计测出磁感应强度B值，就可测定样品
11RH?ne（或pe）的霍尔系数RH。又因，故可以通过测定霍尔系数来确定半导体材料的载流子浓度n（或p）（n和p分别为电子浓度和空穴浓度）。
严格地说，在半导体中载流子的漂移运动速度并不完全相同，考虑到载流子速度的统计分布，并认为多数载流子的浓度与迁移率之积远大于少数载流子的浓度与迁移率之积，可得半导体霍尔系数的公式中还应引入一个霍尔因子rH，即
rrRH?H(或H)nepe
普通物理实验中常用N型Si、N型Ge、InSb和InAs等半导体材料的
3rH???1.188霍尔元件在室温下测量，霍尔因子，所以： 3?1RH?8ne
?19式中，e?1.602?10库仑 UGN3144霍尔开关元件的工作原理
UGN3144霍尔开关元件属于开关型霍尔传感器（集成霍尔开关），它是把霍尔片产生的霍尔电压VH放大后驱动触发电路，输出电压是能反映B的变化的方脉冲。集成霍尔开关由稳压器、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）、差分放大器、施密特触发器和OC门输出五个基本部分组成。在输入端（1、2之间）输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔发生器的两电流端。根据霍尔效应原理，当霍尔片处于磁场中时，霍尔发生器的两电压端将会有一个霍尔电势差VH 输出。VH 经放大器放大以后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。
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集成霍尔开关传感器的输出特性如图
V0/V 12 工作点 9 (ON) 6 释放点 (OFF) 3 B/mT 0 5 10 15 20 UGN3144主要技术性能与特点
Allegro MicroSystems 公司生产的UGN 3144 器件是双极性磁场即N,S交变场磁启动的霍尔开关电路，它的主要性能特点如下：
（1）电源电压为4.5—24V； （2）连续输出电流为25MA;
（3）磁通密度不受限制，输出关断电压为25V；
（4）具有反向电压保护（反向电压为35V）和极好的温度稳定性； （5）工作温度为-20到85摄氏度或者是-40到25℃。 UGN3144霍尔开关元件的引脚功能和封装形式
UGN3144 采用SOT89或者TO-243封装。其中，引脚端1为电源正端，引脚端2为接地，引脚端3为输出（OC形式）。
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3.2 转换电路设计
UGN3144霍尔开关元件芯片内部包含有稳压电路，霍尔效应电压产生电路，信号放大器，施密特触发器和一个集电极开路输出电路。集电极开路输出电路可连续输出25MA电流，可直接控制继电器，双向可控硅，可控硅，LED和灯负载。其具有输出自举电路，也可直接与双极型和MOS逻辑电路连接。转速测量是开关型霍尔元件的典型应用，UGN3144霍尔开关元件感应被测量量的转速，当被测量量每转动一周，霍尔传感器便输出一个脉冲，因为该器件为集电极开路输出，故输出端加接一上拉电阻，其电压电压范围宽达4.5 V到24 V，对磁感应强度B要求不严，其输出电压经9012后可提高其负载能力。其具体电路图如下所示：
单片机我们采用AT89C51(其引脚图如图3-9)，相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器， AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
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复位电路
计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。单片机采用的复位方式是采用芯片TCM812进行复位。
时钟电路
时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ 。MCS-51内部都有一个反相放大器， XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pf左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHZ-12MHZ之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，即要求线简的寄生电容要小；晶振和电容应 尽可能安
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