霍尔元件原理

图11 A44E集成开关型霍耳传感器原理图
图12 A44E集成开关型霍耳传感器引脚图
霍尔元件外观图片
霍尔转速传感器应用电路
霍尔传感器应用电路
时间：2009-08-02 07:11:34来源：资料室作者：
图1霍尔传感器N，S极判断电路
图2霍耳传感器的放大电路图
图3霍耳传感器的输出用于AC电压的放大电路
(1)材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。
(2)材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。
由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。
图2系表示3～5端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使在无磁场时，也有起因于组件形状之不平衡等因素之不平衡电压存在。
(a)线性型(b)开关型
图9霍尔集成电路的输出特性
开关型霍尔集成电路可在一定范围的磁场中获得ON-OFF的电压，此开关型对磁场的磁滞(Hysteresis)现象，乃是为使开关动作更为霍尔集成电路线性型确实起见而故意如此设计的。
依照制造方法加以分类时如表2所示，但任何一种制造方法虽然均可获得同样的特性，在现阶段中，双极性型霍尔集成电路已开始进入商品化的阶段。
（一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如：
1．电流传感器
由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。
一、霍尔效应霍尔元件霍尔传感器
（一）霍尔效应
如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，
它们之间的关系为 。
式中d为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。
上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
三、霍尔传感器的特性
（一）线性型霍尔传感器的特性
输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。
（二）开关型霍尔传感器的特性
如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。
当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。
图10使用霍尔集成电路的开关
图11是A44E集成霍耳开关,A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)(mT)、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成，如图12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳开关的三个引出端点。在输入端输入电压VCC，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差HV输出，该HV信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点(即BOP)时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点(即BrP)时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。BOP与BrP的差值一定，此差值BH= BOP- BrP称为磁滞，在此差值内，V0保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍耳开关传感器优良特性之一。
表2依制造方法分类时的种类
用途
霍尔集成电路通常使用于前述磁电变换组件的项所述的(A-1)、(A-2)范围的用途，在这些用途的中，特别像开关那样，以磁气为媒介将位置的变化、速度、回转等的物理量变换为电气量时，使用起来非常简单。使用霍尔集成电路的开关系如图2-21所示，这种开关具有：(1)无震动(Chattering)，(2)不生杂音，(3)使用寿命长，可靠度高，(4)响应速度快等特征，已经实际被使用作为高级的键盘用开关。
子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I乘以磁场B之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。
图1霍尔组件之原理
在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁力的作用（有磁场），而改变电子行进的方向。若电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电洞），将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论：
(a)3脚组件(b)4脚组件(c)5脚组件
图2霍尔组件使用方法
种类及接法
构造：
无铁心型
铁心型
测试用探针霍尔集成电路
接法：
三端子组件
四端子组件
五端子组件
用途
霍尔组件有下列三种用法：
(A)事先使一定电流流过霍尔组件，用以检出磁场或变换成磁场的其它物理量的方法。
(B)利用组件的电流、磁场及作为其变量的该两种量的乘法作用的方法。
什么叫霍尔元件
时间：2009-01-19 18:33:45来源：资料室作者：集成电路
霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应如图1所示，系指将电流I通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量Baidu Nhomakorabea(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电
如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，如图8所示，是按这一原理制成的力传感器。
（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。
1．测转速或转数
如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。
二、霍尔传感器的分类
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
（一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
（二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。
(C)利用非相反性(即在一定磁场中，使与输入端子通以电流时所得的输出同方向的电流流过输出端子时，在输入端子会产生与最初的电压反方向的霍尔电压的现象)的方法。上述各种使用方法的具体例参照前述磁电变换组件的用途的项所述。在这些具体例中，有不少在组件的灵敏度及温度特性上，霍尔组件形成1匝(Turn)的线圈有妨碍而难以符合实用。但利用霍尔探针测定磁场因属于比较简便的用法，已经定型，另外例如无电刷马达(霍尔马达)开关等也逐渐进入实用的阶段，磁头的制造也有人尝试过。
其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度b霍尔线性电路ugn3501的磁电转换特性曲线线性霍尔电路的特性参数型号vccv线性范围mt工作温度灵敏度smvmt静态输出电压vovmintypmaxmintypmaxugn350181210020853570253650ugn35034569020857513530022525275型号ioutmarokiccma乘积灵敏度va01t输出形式引脚排列外形结构typmaxugn350140011020射极输出vcccipugn35030059014射极输出vcccip2222霍尔开关电路霍尔开关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
霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。
2．位移测量
如图7所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。
种类:
依输出信号的性质加以分类时如表1所示。如图9所示，线性型(Linear type)霍尔集成电路可以获得与磁场强度成正比的输出电压。磁场灵敏度虽然可利用电路的放大度加以调节，但在高灵敏度时，比例范围会变窄(虽电源5V使灵敏度达到10mV/Oe，但比例范围在500Oe以下)。
表1依输出电压分类时的种类
另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其特性如图5所示。
当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。
四、霍尔传感器的应用
按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、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，转变成电学量来进行检测和控制。
摘要：本文简略介绍霍尔传感器的工作原理、分类及其简单应用。
关键词：霍尔效应霍尔元件霍尔传感器分类特性应用
霍尔传感器是一种磁传感器。用它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。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。
图8霍尔集成电路的构造
作用原理
磁场强度可利用形成在结晶片的一部份的霍尔组件变换成电气信号(参照前述霍尔组件的作用原理)。结晶通常使用半导体硅，霍尔组件的磁场灵敏度为10～20mV/K.Oe。此信号经形成在同一结晶中的信号处理电路放大后，作为适合所定目的的信号电压被取出。通常四根导线中的两根连接于一方接地的电源，而从剩下的两根的一根取出正极性的信号电压，并从另一根取出负极性的信号电压。霍尔组件的输入电阻通常需符合信号处理电路的电源，以便可利用定电压使用霍尔组件。此时组件的输出电压不管在N型或P型均无大差异。又因输出电压与电子或正孔的移动度成正比，故温度特性也应该尽量保持一定，这是与单体霍尔组件不同的地方。
霍尔元件供电
图3定电压驱动之一
图4定电压驱动之二
图5定电流驱动之一
图6定电流驱动之二
图7霍尔传感器不平衡调整方法
在一个结晶片中形成有霍尔组件及放大并控制其输出电压的电路而具有磁场─电气变换机能的固态组件称为霍尔集成电路。
外观构造
如图2-19所示，具有与树脂封闭型晶体管、集成电路等相同的构造，即多半呈现在大小5mm见方、厚3mm以下的角形或长方形板状组件上附设四根导线的构造。导线系由金属薄片所形成，各个金属薄片上均附有半导体结晶片(通常为硅芯片)，而在结晶体中利用集成电路技术形成有霍尔组件及信号处理电路。为防止整个组件性能的劣化，通常利用树脂加以封闭，另外为了使磁场的施加容易起见，其厚度也尽量减薄。
图4测定变压器的漏磁通电路
图5测定变压器的漏磁通电路
图6霍尔元件非接触型电流传感器测量电路
霍尔传感器简介
江苏省洪泽中学 程如林
引言：霍尔效应是新课标高中物理教材（人教版）选修3-1中的一个研究课题，霍尔元件在新课标高中物理教材（人教版）选修3-2第六章“传感器”中也有简略介绍。课本两处出现此内容，体现了新课标的理念，即关注现代科技、联系生产实际，同时也是为了拓宽学生知识面、增强学生的创新设计能力和激发学生的兴趣。为了便于大家在教学中了解更为细致的内容，笔者查阅了相关资料，现将有关内容整理出来，供各位同行参考。
（二）霍尔元件
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
（三）霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。