什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图
霍尔效应原理图ppt课件
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霍尔式压力传感器
磁钢
霍尔元件
N S
S N 波登管 压力P
图9-9 霍尔压力传感器结构原理图
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霍尔式压力传感器由两部分组 成：一部分是弹性敏感元件的 波登管用以感受压力P，并将P 转换为弹性元件的位移量x， 即x＝KPP，其中系数KP为常数。 另一部分是霍尔元件和磁系统， 磁系统形成一个均匀梯度磁场， 如右图所示，在其工作范围内， B＝KBx，其中斜率KB为常数； 霍尔元件固定在弹性元件上， 因此霍尔元件在均匀梯度磁场 中的位移也是x。
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理想情况下，不等位电 势 UM=0 ，对应于电桥的平衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。 如果霍尔元件的 UM≠0 ， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差异， UM 就是电桥的不平衡 输出电压。 只要能使电桥达到平衡 的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
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（一）基本补偿电路
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合理选择负载电阻
如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为： RL UL UH RL R0 式中 R0—霍尔元件的输出电阻。
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当温度由T变为T+ΔT时，则RL上的电压变为 RL U L U L U H (1 T ) RL R0 (1 T )
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
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2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 高，所以霍尔元件的厚度都比较薄， 但d太小，会使元件的输入、输出电 阻增加。 霍尔电压UH与控制电流及磁场强 度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
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d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
霍尔式传感器
一、霍尔元件的工作原理及结构 1．霍尔效应 ． 霍尔电压U 霍尔电压 H为：
IBபைடு நூலகம்U H＝ = K H IB ned
式中 n ——载流子数浓度 载流子数浓度 e ——电子电量 电子电量 KH——霍尔元件灵敏度 霍尔元件灵敏度
霍尔效应动画演示
KH＝1/ned
（a）霍尔元件结构示意图 （b）图形符号 （c）外形 ） ） ）
叉形钳形表漏磁 叉形钳形表漏磁 稍大， 稍大，但使用方便
用钳形表测量 电动机的相电流
霍尔钳形电流表的使用
霍尔元件示意图
霍尔元件图片
3．基本电路 ．
注意：时间短（ 之间） 注意：时间短（约10-12s～10-14s之间） ～ 之间 频率高（几千兆赫）。 频率高（几千兆赫）。
二、霍尔元件的基本参数与温度误差的补偿 1．基本参数 ． （1）输入电阻 i； ）输入电阻R （2）输出电阻 0； ）输出电阻R 3）最大激励电流I （3）最大激励电流IM； （4）灵敏度 H； ）灵敏度K （5）最大磁感应强度 M； ）最大磁感应强度B （6）不等位电势； ）不等位电势； （7）霍尔电势温度系数 ）
霍尔元件
霍尔特斯拉计（高斯计） 霍尔特斯拉计（高斯计）
2、应用举例 、 （1）角位移 ） 测量仪
霍尔角位移测量动画演示1 霍尔角位移测量动画演示
霍尔角位移测量动画演示2 霍尔角位移测量动画演示
（2）霍尔转速表 ）
霍尔转速测量动画演示
（3）霍尔式微压力传感器 ）
霍尔式微压力传感器原理示意图
（4）霍尔钳形电流表 ）
2．温度误差及其补偿 ． 产生原因： 产生原因： 处理方法： 处理方法： 半导体对温度很敏感 特性参数为温度的函数
霍尔效应的定义和霍尔传感器的工作原理
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霍尔器件的应用和原理图
霍尔器件的应用和原理图1. 霍尔效应简介1.1 霍尔效应的定义•霍尔效应是指当通过一块具有电流的导体板上的电子受到垂直于电流和磁场方向的洛伦兹力作用时，会产生电势差和电场的现象。
1.2 霍尔效应的原理•当电流通过导体板时，导体板上的电子受到磁场力的作用，使得电子在导体板上产生侧向的位移。
这些位移导致了电子在横向方向上的堆积，从而形成了电势差和电场。
1.3 霍尔效应的分类•霍尔效应可以根据磁场和电流的方向关系进行分类，包括正霍尔效应和负霍尔效应。
2. 霍尔器件的工作原理2.1 霍尔传感器的结构•霍尔传感器由霍尔元件和信号处理电路组成。
霍尔元件通常由半导体材料制成，具有一个薄片或晶体管形状的导体。
2.2 霍尔传感器的工作原理•霍尔传感器通过检测磁场改变来测量物体的位置、速度和方向。
当磁场发生变化时，霍尔元件会产生电流，信号处理电路会将这个电流转换为与磁场变化相关的输出信号。
3. 霍尔器件的应用领域3.1 汽车行业•霍尔传感器在汽车行业中广泛用于测量车速、转向角和刹车等参数。
它们可以实时监测车辆状态，提供关键的控制信号，提高行车安全性。
3.2 工业自动化•霍尔传感器在工业自动化中用于检测物体位置、速度和方向等参数。
它们可以实时监测生产线上的物体运动情况，实现精确的控制和调节。
3.3 电子设备•霍尔传感器在电子设备中广泛应用于磁场测量和控制。
例如，手机中的指南针和磁力传感器就是利用了霍尔传感器的原理。
3.4 医疗设备•霍尔传感器在医疗设备中常用于监测心脏和血液流动等参数。
它们可以提供准确的测量结果，帮助医生进行诊断和治疗。
3.5 家用电器•霍尔传感器在家用电器中用于测量电流、控制开关和检测门窗的开关状态等。
它们可以提高家庭安全性，实现智能化的控制。
4. 霍尔器件的优势和局限性4.1 优势•霍尔器件具有灵敏度高、响应速度快、能耗低和可靠性高等优点，适用于广泛的应用领域。
4.2 局限性•霍尔器件在极端温度和磁场条件下可能存在不准确的测量结果。
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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❖ 国产霍尔元件型号的命名方法
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二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm ❖ 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡， 即
所以
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I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
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设流过霍尔元件的 电流为 I 时，
式中ld为与电流方 向垂直的截面积，n 为 单位体积内自由电子数 (载流子浓度)。则
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理想情况下，不等位电 势 UM=0 ， 对 应 于 电 桥 的 平 衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。
如果霍尔元件的UM≠0， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差 异 ， UM 就 是 电 桥 的 不 平 衡 输出电压。
只要能使电桥达到平衡
的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻) 的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进 行补偿。
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合理选择负载电阻
❖ 如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为：
UL
UH
RL RL R0
式中
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02
01
电机控制
检测电机转子的位置，实现无接触式控制。
位置控制
在机器人和自生产过程的监控。
通过霍尔传感器检测门的状态，实现自动锁定和解锁。
智能门锁
根据光线强度自动调节窗帘的开合。
智能窗户
与其它传感器结合，实现家电的远程控制和智能管理。
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目录
CONTENTS
霍尔传感器简介霍尔效应原理霍尔传感器的分类与特性霍尔传感器的应用实例霍尔传感器的未来展望参考文献
霍尔传感器简介
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霍尔传感器广泛应用于自动化控制、电机控制、汽车电子、安防监控、智能家居等领域。
在自动化控制领域，霍尔传感器用于检测电机转子位置和转速，实现电机精准控制。
霍尔效应原理
洛伦兹力
当带电粒子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用，导致粒子运动轨迹发生偏转。
描述霍尔元件性能的一个重要参数，与载流子浓度、迁移率等有关。
霍尔常数
指单位体积内载流子的数目，对霍尔常数有直接影响。
载流子浓度
指载流子在电场作用下的平均漂移速度与电场强度的比值，也影响霍尔常数的大小。
迁移率
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优点
霍尔元件具有测量精度高、线性度好、稳定性强、耐高温等特点。
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材料
常用的霍尔元件材料包括半导体、金属、陶瓷等。
02
结构
霍尔元件通常由N型或P型半导体材料制成，其结构包括电极、基片、电极引脚等部分。
霍尔传感器的分类与特性
线性型霍尔传感器主要用于测量磁场，其输出电压与所处环境的磁场强度成正比。
由于其线性输出特性，线性型霍尔传感器常用于精确测量磁场，如电流检测、磁通量测量等。
什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图
什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图(图)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，如图所示。
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，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。
原理简述如下：激励电流I 从a 、b 端流入，磁场B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、d 方向产生电场E 。
电子积累得越多，FE 也越大，在半导体薄片c 、d 方向的端面之间建立的电动势EH 就是霍尔电势。
由图可以看出，流入激励电流端的电流I 越大、作用在薄片上的磁场强度 B 越强，霍尔电势也就越高。
磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。
（以下是）霍尔电流传感器工作原理1、直放式（开环）电流传感器（CS系列）当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。
一般的额定输出标定为4V。
2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列）磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。
这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。
当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。
最新第五章第2节霍尔传感器介绍课件ppt
（二）霍尔元件的温度误差及其补偿
一般半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随 温度而变化。霍尔元件由半导体材料制成，因此它的性能参 数如输入和输出电阻、霍尔常数等也随温度而变化，致使霍 尔电势变化，产生温度误差。
为了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化 铟外，还可以采用适当的补偿电路。
RP (a)
RP (b)
RP
RP
R
(c)
(d)
2. 寄生直流电动势
当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输 出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量，称为寄 生直流电动势。
该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形 成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不 同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因 此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散 热均匀，有良好的散热条件。
下面简单介绍几种温度误差的补偿方法。
1. 采用恒流源供电和输入回路并联电阻
为了减小霍尔元件的温度误差， 除选用温度系数小的元 件或采用恒温措施外，由UH=KHIB可看出：采用恒流源供电 是个有效措施，可以使霍尔电势稳定。但也只能是减小由于 输入电阻随温度变化所引起的激励电流I的变化的影响。
霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数，它随温度变 化将引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度 的关系可写成
FL evB
e—电子电量(1.62×10-19C)； v—电于运动速度。
同时，作用于电子的电场力
F H eH E eH U /b
当达到动态平衡时 ev BeU H/b
(二) 霍尔元件
霍尔器件的应用及原理图
霍尔器件的应用及原理图1. 什么是霍尔器件霍尔器件是一种基于霍尔效应工作的传感器，可以用来测量电流、磁场强度以及其他物理量。
它由霍尔元件和信号处理电路组成。
2. 霍尔效应原理霍尔效应是指当电流通过载流子不匀速运动时，在垂直于电流方向的磁场作用下产生的电势差现象。
霍尔元件利用这一原理，通过测量霍尔电压来间接检测磁场。
3. 霍尔器件的应用领域霍尔器件具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点，因此在多个领域得到了广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：•电流传感：霍尔器件常被用于测量电流大小，如电动机控制、电力系统监测等。
•磁场测量：霍尔器件可以用来测量磁场强度，如地理勘测、导航系统等。
•接近开关：基于霍尔效应的接近开关可以用于检测物体是否接近，常用于自动门控制、安全系统等。
•速度测量：霍尔器件可以用来测量物体的速度，如汽车速度测量、转速测量等。
•位置检测：利用霍尔器件可以检测物体的位置，如游乐设备、机械装置等。
4. 霍尔器件原理图示例下面是一种常见的霍尔器件原理图示例：VCC ──┬───────────────────────│+-+| | R1| |│├─────── Hall Element│+-+| | R2| |│GND以上原理图中的R1和R2是电阻器，Hall Element为霍尔元件，VCC和GND 为电源接口。
5. 总结霍尔器件作为一种基于霍尔效应的传感器，具有广泛的应用领域。
通过测量霍尔电压，我们可以间接获取电流、磁场强度等物理量。
本文简要介绍了霍尔器件的应用领域，并给出了一种常见的霍尔器件原理图示例。
希望本文对您了解霍尔器件的应用及其原理图有所帮助。
霍尔传感器原理
霍尔传感器原理霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器.它可以直接测量磁场及微位移量,也可以间接测量液位,压力等工业生产过程参数.目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段,正越来越受到人们的重视,应用日益广泛.一,霍尔效应在置于磁场的导体或半导体时通入电流,若电流与磁场垂直,则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电热差,这种现象为霍尔效应.利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器.见图6-2-1,半导体材料的长,宽,厚分别为l,b和d.在与x轴相垂直的两个端面c和d上做两个金属电极,称为控制电极.在控制电极上外加一电压u,材料中便形成一个沿x方向流动的电流I,称为控制电流.设图中的材料是N型半导体,导电的载流子是电子.在z轴方向的磁场作用下,电子将受到一个沿y轴负方向力的作用,这个力就是洛仑兹力.洛仑兹力用Fl表示,大小为: FL=qvB (6-2-1)式中,q为载流子电荷;v为载流子的运动速度;B为磁感应强度.上一节下一节在洛仑兹力的作用下,电子向一侧偏转,使该侧形成负电荷的积累,另一侧则形成正电荷的积累.这样,A,B两端面因电荷积累而建立了一个电场Eh,称为霍尔电场.该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反,即阻止电荷的继续积累.当电场力与洛仑兹力相等时,达到动态平衡,这时有qEH=qvB霍尔电场的强度为EH=vB (6-2-2)在A与B两点间建立的电势差称为霍尔电压,用UH表示UH= EHb= vBb (6-2-3)由式(6-2-3)可见,霍尔电压的大小决定于载流体中电子的运动速度,它随载流体材料的不同而不同.材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用载流子迁移率来表征/所谓载流子迁移率,是指在单位电场强度作用下,载流子的平均速度值.载流子迁移率用符号μ表示,μ=v/EI.其中EI是C,D两端面之间的电场强度.它是由外加电压U产生的,即EI=U/L.因此我们可以把电子运动速度表示为v=μU/l.这时式(6-2-3)可改写为: (6-2-4)当材料中的电子浓度为n时,有如下关系式: I=nqbdv 即(6-2-5)将式(6-2-5)代入式(6-2-3),得到(6-2-6)式中RH为霍尔系数,它反映材料霍尔效应的强弱, ;KH为霍尔灵敏度,它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小,KH=RH/d,它的单位是mV/(mA·T)由式(6-2-6)可见,霍尔元件灵敏度KH是在单位磁感应强度和单位激励电流作用下,霍尔元件输出的霍尔电压值,它不仅决定于载流体材料,而且取决于它的几何尺寸(6-2-7)由式(6-2-4),(6-2-6)还可以得到载流体的电阻率ρ与霍尔系数RH和载流子迁移率μ之间的关系: (6-2-8)通过以上分析,可以看出:1) 霍尔电压UH与材料的性质有关.根据式(6-2-8),材料的ρ,μ大,RH就大.金属的μ虽然很大,但ρ很小,故不宜做成元件.在半导体材料中,由于电子的迁移率比空穴的大,且μn>μp,所以霍尔元件一般采用N型半导体材料.2) 霍尔电压UH与元件的尺寸有关.根据式(6-2-7),d 愈小,KH 愈大,霍尔灵敏度愈高,所以霍尔元件的厚度都比较薄,但d 太小,会使元件的输入,输出电阻增加.从式(6-2-4)中可见,元件的长度比l/b对UH也有影响.前面的公式推导,都是以半导体内各处载流子作平行直线运动为前提的.这种情况只有在l/b很大时,即控制电极对霍尔电极无影响时才成立,但实际上这是做不到的.由于控制电极对内部产生的霍尔电压有局部短路作用在两控制电极的中间处测得的霍尔电压最大,离控制电极很近的地方,霍尔电压下降到接近于零.为了减少短路影响l/b要大一些,一般l/b=2.但如果l/b 过大,反而使输入功耗增加降低元件的输出.霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关.根据式正比于及.当控制电流恒定时愈大愈大.当磁场改变方向时,也改变方向.同样,当霍尔灵敏度及磁感应强度恒定时,增加控制电流,也可以提高霍尔电压的输出.二,霍尔元件_如前所述,霍尔电压UH正比于控制电流和磁感应强度.在实际应用中,总是希望获得较大的霍尔电压.增加控制电流虽然能提高霍尔电压输出,但控制电流太大,元件的功耗也增加,从而导致元件的温度升高,甚至可能烧毁元件.设霍尔元件的输入电阻为Ri,当输入控制电流I时,元件的功耗Pi为(6-2-9)式中,ρ为霍尔元件的电阻率.设霍尔元件允许的最大温升为ΔT,相应的最大允许控制电流为Icm时,在单位时间内通过霍尔元件表面逸散的热量应等于霍尔元件的最大功耗,即(6-2-10)式中,A为散热系数W/(m2C).上式中的2lb表示霍尔片的上,下表面积之和,式中忽略了通过侧面积逸散的热量.这样,由上式便可得出通过霍尔元件的最大允许控制电流为(6-2-11)_将上式及RH=μρ代入式(6-2-6),得到霍尔元件在最大允许温升下的最大开路霍尔电压,即:(6-2-12)_式说明,在同样磁场强度,相同尺寸和相等功耗下,不同材料元件输出霍尔电压仅仅取决于,即材料本身的性质.根据式(6-2-12),选择霍尔元件的材料时,为了提高霍尔灵敏度,要求材料的RH和μρ1/2尽可能地大.霍尔元件的结构与其制造工艺有关.例如,体型霍尔元件是将半导体单晶材料定向切片,经研磨抛光,然后用蒸发合金法或其它方法制作欧姆接触电极,最后焊上引线并封装.而薄膜霍尔元件则是在一片极薄的基片上用蒸发或外延的方法做成霍尔片,然后再制作欧姆接触电极,焊引线最后封装.相对来说,薄膜霍尔元件的厚度比体型霍尔元件小一,二个数量级,可以与放大电路一起集成在一块很小的晶片上,便于微型化. 三,温度特性及补偿1.温度特性霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系.与一般半导体一样,由于电阻率,迁移率以及载流子浓度随温度变化,所以霍尔元件的内阻,输出电压等参数也将随温度而变化.不同材料的内阻及霍尔电压与温度的关系曲线见图6-2-2和6-2-3所示.图中,内阻和霍尔电压都用相对比率表示.我们把温度每变化1℃时,霍尔元件输入电阻或输出电阻的相对变化率称为内阻温度系数,用β表示.把温度每变化1℃时,霍尔电压的相对变化率称为霍尔电压温度系数,用α表示.可以看出:砷化铟的内阻温度系数最小,其次是锗和硅,锑化铟最大.除了锑化铟的内阻温度系数为负之外,其余均为正温度系数.霍尔电压的温度系数硅最小,且在温度范围内是正值,其次是砷化铟,它是值在左右温度下由正变负;再次是锗,而锑化铟的值最大且为负数,在低温下其霍尔电压将是的霍尔电压的3倍,到了高温,霍尔电压降为时的15%.2.温度补偿霍尔元件温度补偿的方法很多,下面介绍两种常用的方法.利用输入回路的串联电阻进行补偿图6-2-4a是输入补偿的基本线路,图中的四端元件是霍尔元件的符号.两个输入端串联补偿电阻R并接恒电源,输出端开路.根据温度特性,元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为RHt=RH0(1+αt) Rit=Ri0(1+βt) 式中,RHt为温度为t时霍尔系数;RH0为0℃时的霍尔系数;Rit为温度为t时的输入电阻;Ri0为0℃时的输入电阻;α为霍尔电压的温度系数, β为输入电阻的温度系数.当温度变化Δt时,其增量为: ΔRH=RH0αΔt ΔRi=Ri0βΔt根据式(6-2-6)中及I=E/(R+Ri),可得出霍尔电压随温度变化的关系式为对上式求温度的导数,可得增量表达式(6-2-13)要使温度变化时霍尔电压不变,必须使即(6-2-14)式(6-2-13)中的第一项表示因温度升高霍尔系数引起霍尔电压的增量,第二项表示输入电阻因温度升高引起霍尔电压减小的量.很明显,只有当第一项时,才能用串联电阻的方法减小第二项,实现自补偿.将元件的α,β值代入式(6-2-14),根据Ri0的值就可确定串联黾阻R的值.(2)利用输出回路的负载进行补偿,见图6-2-5,霍尔元件的输入采用恒流源,使控制电流I稳定不变.这样,可以不考虑输入回路的温度影响.输出回路的输出电阻及霍尔电压与温度之间的关系为UHt=UH0(1+αt) Rvt=Rv0(1+βt)式中,UHt为温度为t时的霍尔电压;UH0为0时的霍尔电压;Rvt为温度为t时的输出电阻;Rv0为0时的输出电阻.负载RL上的电压UL为UL=[UH0(1+αt) ] RL/[Rv0(1+βt)+RL] (6-2-15)为使UL不随温度变化,可对式(6-2-15)求导数并使其等于零,可得RL/Rv0≈β/α-1≈β/α (6-2-16)最后,将实际使用的霍尔元件的α,β值代入,便可得出温度补偿时的RL值.当RL= Rv0时,补偿最好.四,零位特性及补偿在无外加磁场或无控制电流的情况下,元件产生输出电压的特性称为零位特性由此而产生的误差称为零位误差.主要表现在以下几个方面1.不等位电压在无磁场的情况下,霍尔元件通以一定的控制电流I,两输出端产生的电压称为不等腰三角形位电压,用U0表示.U0与I的比值称为不等位电阻,用R0表示,即R0= U0/I (6-2-17)不等位电压是由于元件输出极焊接不对称,厚薄不均匀以及两个输出极接触不良等原因千万的,可以通过桥路平衡的原理加以补偿.2.寄生直流电压在无磁场的情况下,元件通入交流电流,输出端除交流不等位电压以外的直流分量称为寄生直流电压.产生寄生直流电压的原因不致上的两个方面:1) 由于控制极焊接处欧姆接触不良而造成一种整流效应,使控制电流因正,反向电流大小不等而具有一定的直流分量.2) 输出极焊点热容量不相等产生温差电动势.对于锗霍尔元件,当交流控制电流为20mA时,输出极的寄生直流电压小于100μV.制做和封装霍尔元件时,发送电极欧姆接触性能和元件的散热条件,是减少寄生直流电压的有效措施.3. 感应电动势在未通电流的情况下,由于脉动或交变磁场的作用,在输出端产生的电动势称为感应电动势.根据电磁感应定律,感应电动势的大小与霍尔元件输出电极引线构成的感应面积成正比.4. 自激场零电压在无外加磁场的情况下,由控制电流所建立的磁场在一定条件下使霍尔元件产生的输出电压称为自激场零电压.感应电动势和自激场零电压都可以用改变霍尔元件输出和输入引线的布置方法加以改善._五,集成霍尔传感器集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器.它取消了传感器和测量电路之间的界限,实现了材料,元件,电路三位一体.集成霍尔传感器与分立相比,由于减少了焊点,因此显著地提高了可靠性.此外,它具有体积小,重量轻,功耗低等优点,正越来越爱到众的重视.集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号.按照输出信号的形式,可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型.(一) 开关型集成霍尔传感器开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号.其典型电路见图6-2-6,下面我们分析电路的工作原理.图中的霍尔元件是在N型硅外延层上制作的.由于N型硅外延层的电阻率ρ一般为1.0～1.5Ωcm电子迁移率μ约为1200cm2(Vs),厚度d约为10μm,故很适合做霍尔元件.集成块中霍尔元件的长600μm,宽为400μm.由于在制造工艺中采用了光刻技术,电极的对称性好,零位误差大大减小.另外,由于厚度d很小,霍尔灵敏度也相对提高了,在0.1T磁场作用下,元件开路时可输出20mV左右的霍尔电压.霍尔输出经前置放大的后送到斯密特触发器,通过整形成为矩形脉冲输出.当磁感应强度B为0时,霍尔元件无输出,即UH=0.线路中,由于流过V2集电极电阻的电流大于流过V1集电极电阻的电流,输出电压U b3>Ub4,则V3优先导通,经过下面的正反馈过程:最终使得V3饱和V4截止.此时,V4的集电极处于高电位,Uc4≈E,V5截止,V6,V7均截止,输出为高电平.当磁感应强度B不为0时,霍尔元件有UH输出.若集成霍尔传感器处于正向磁场,则UH1升高,UH2下降,使V1的基极电位升高,V2的基极电位下降.于是,V1的集电极输出电压Ub3下降,V2的集电极输出电压Vb4升高.当Ub3=Ue3+0.6V时,V3由饱和进入放大状态,经过下面的正反馈过程:Ub3↓→Ic3↓→Ub4↑→Ic4↑→Ue3↑最终使得V3截止V4饱和.此时,V4的集电极处于低电位.于是,V5导通,由V5和V6组成的P-N-P和N-P-N型三极管的复合管,足以使V7,V8进入饱和状态.输出由原来的高电平UoH转换成低电平U0L.当正向磁场退出时,随着作用于霍尔元件上磁感应强度B的减少,UH相应减小.Ub3升高,Ub4下降.当Ub3= Ue4+0.5V,V3由截止进入放大状态,经过下面正反馈过程: Ub3↑→ Ic3↑→Ub4↓→Ic4↓→Ue3↓最终又使得V3饱和,V4截止.V4的集电极处于高电位,恢复初始状态,V7,V8截止,输出又转换成高电平UoH.集成霍尔传感器的输出电平与磁场B之间的关系见图6-2-7,可以看出,集成霍尔传感器的导通磁感应强度和截止磁感应强度之间存在滞后效应,这是由于V3,V4共用射极电阻的正反馈作用使它们的饱和电流不相等引起的.其回差宽度ΔB为ΔB=B(H→L)-B(L→H)开关型集成霍尔传感器的这一特性,正是我们所需要的,它大大增强了开关电路的抗干扰能力,保证开关动作稳定,不产生振荡现象.国产CS型集成霍尔传感器的磁电特性如下:回差宽度典型值6×10-3T.电源电压CS837,CS6837 10V(CS839,CS6839 18V).低电平输出电压U0L均为0.4V,高电平输出最大漏电流为10μA,高电平电源电流ICCH CS837,CS6837为6mA(CS839,CS6839为7mA),低电平电源电流ICCL CS837,CS6837为9mA(CS839,CS6839 为7mA).(二) 线性集成霍尔传感器线性集成霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一丐的传感器.其输出信号与磁感应强度成比例.通常由霍尔元件,差分放大,射极跟随输出及稳压四部分组成,其典型线路见图6-2-8.这是HL1-1型线性集成霍尔传感器,它的电路比较简单,用于精度要求不高的一些场合.图中,霍尔元件的输出经由V1,V2,R1至R5组成的第一级差分放大器放大,放大后的信号再由V3,V6,R6,R7组成的第二级差分放大器放大.第二级放大采用达林顿对管,射极电阻R8外接,适当选取R8的阻值,可以调整该极的工作点,从而改变电路增益.在电源电压为9V,R8取2K时,全电路的增益可达1000倍左右,与分立元件霍尔传感器相比,灵敏度大为提高.六,霍尔传感器的应用(一) HNV025A型霍尔电压传感器1.工作原理它是利用磁补偿原理的一种霍尔电压传感器,能够测量直流,交流以及各种波形电压,同时在电气上是高度绝缘的.它用磁检测器检测磁芯中次级电流所产生的磁场补偿初级电流所产生的磁场的程度,使之在零磁通状态下工作.因此有等式:Np·Ip=Ns·Is ;式中Ip为初级电流;Np为初级匝数;Is为次级电流;Ns为次级匝数2.主要参数:初级额定电流In ±10 mA测量范围Ip 0～±14 mA测量电阻Rm @±10mA RMmin RMmax100 300 Ω次级额定电流Is ±25 mA电源电压Vc ±15(±5%) V匝数比2500:1000功耗电流10+Is mA绝缘电压2.5KV/50Hz/1min总精度±0.6%FS线性度<0.2%FSType Max失调电流±0.1 ±0.15 mA失调电流温漂0～70℃±0.2 ±0.3 mA-40～85℃±0.3 ±0.6 mA响应时间<40 uS工作温度C档-10～70℃E档-40～85℃储存温度C档-40～85℃E档-55～125℃原边线圈电阻@Ta=25℃140 Ω副边线圈电阻@Ta=25℃40 Ω3.特点:该型传感器具有优异的性能价格比,体积小,全封密,高度电绝缘;高可靠性,高过载容量等优越性能.4.应用范围:变速驱动领域;功率电源;机器人;过压保护;控制系统反馈.5.注意事项:1)初级电阻Ri:为使传感器达到最佳精度,应尽量选择Ri的大小,使输入电流为10mA.2)工作范围:考虑到初级线圈内阻(与Ri相比,为保持温差尽可能低)和隔离,此传感器适用于测量电压10～500V.3)当把传感器焊接在印刷板上时,用低温烙铁,焊接时间尽量短,避免造成管脚内部联线开路.4)安装时,印刷板上安装孔径尺寸与传感器尺寸相吻合,不能挤压管脚,否则可能会造成管脚内部联线开路.(二) HNC-50LX系列闭环霍尔电流传感器1.特点:HNC-50LX系列霍尔电流传感器是应用霍尔原理的新一代电流传感器,能在电隔离条件下测量直流,交流,脉冲以及各种不规则波形的电流.2.性能参数:额定测量电流5A DC 10A DC 15A DC 20A DC 25A DC 30A DC 50A DC线性范围0~±10A DC 0~20A DC 0~30A DC 0~40A DC 0~50A DC0~60A DC0~100A DC输出电压4V±0.8% at If零电流失调within 0.03V at If=0线性度within ±0.25% of Vh at If=F.S电源电压±15V DC响应时间1m s Type零点温漂within±0.5mv/℃绝缘电压2.5KV AC with 50 or 60Hz×1 minute绝缘强度500MΩ Min at 500V DC工作温度-10℃to +80℃存储温度-15℃to +85℃3.外形结构图:见图6-2-9所示.。
什么是霍尔传感器，它有何用途？
什么是霍尔传感器，它有何⽤途？霍尔传感器是⼀种检测磁场的传感器，可以⽤来检测磁场的存在和变化，⼴泛⽤在测量、⾃动化控制、交通运输和⽇常⽣活等领域。
⼀、霍尔传感器的实物外形霍尔传感器的实物外形如下图所⽰。
⼆、霍尔传感器的结构与⼯作原理1、霍尔效应当⼀个通电导体置于磁场中时，在该导体两侧⾯会产⽣电压，该现象称为霍尔效应。
以下图所⽰为霍尔传感器的⼯作原理。
先给导体通图⽰⽅向（z轴⽅向）的电流I，然后在与电流垂直的⽅向（y轴⽅向）施加磁场B，那么会在导体两侧（x轴⽅向）产⽣电压UH， UH称为霍尔电压。
2、霍尔元件与霍尔传感器⾦属导体具有霍尔效应，但其灵敏度低，产⽣的霍尔电压很低，不适合作霍尔元件。
霍尔元件⼀般由半导体材料（锑化铟最为常见）制成，其结构如下图所⽰，它由衬底、⼗字形半导体材料、电极引线和磁性体顶端等构成。
⼗字形锑化铟材料的4个端部的引线中，①、②为电流引脚，③、④为电压引脚，磁性体顶端的作⽤是聚集磁场磁感线来提⾼元件的灵敏度。
由于霍尔元件产⽣的电压很⼩，故通常将霍尔元件与放⼤电路、温度补偿电路及稳压电源等集成在⼀个芯⽚上，称之为霍尔传感器。
三、霍尔传感器的种类霍尔传感器可分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
1．线性型霍尔传感器线性型霍尔传感器主要由霍尔元件、线性放⼤器和射极跟随器组成，其组成如下图所⽰。
当施加给线性型霍尔传感器的磁场逐渐增强时，其输出的电压会逐渐增⼤，即输出信号为模拟量。
2．开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器主要由霍尔元件、放⼤器、施密特触发器（整形电路）和输出级组成，其组成和特性曲线如下图所⽰。
当施加给开关型霍尔传感器的磁场增强时，只要磁感应强度⼩于BOP，其输出电压Uo就为⾼电平，当磁感应强度⼤于BOP时输出由⾼电平变为低电平；当磁场减弱时，磁感应强度需要减⼩到BRP，输出电压Uo才能由低电平转为⾼电平，也就是说，开关型霍尔传感器由⾼电平转为低电平和由低电平转为⾼电平所要求的磁感应强度是不同的，⾼电平转为低电平要求的磁感应强度更强。
霍尔式传感器
1）、材料——多用N型半导体 2）、结构和符号 霍尔片——半导体薄片 （因为d小，KH大， l/b=2时KH最大） 引线——激励电极 （短边端面）引线11′、 霍尔电极（长边端面）引线22′。 封装外壳——陶瓷或环氧树脂
目前最常用的霍尔元件材料是锗（Ge）、硅 （Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半 导体材料。 其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能 和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系 数、温度性能同N型锗，但其电子迁移率比较低， 带负载能力较差，通常不用作单个霍尔元件。
磁场力
F qvB
Q----电子的电荷量（1.602X10-19C） V----半导体的电子运动速度 B----外磁场的磁感应强度
磁场力 电场力
F qvB
F qEH
Eh 为静电场的电场强度
所以 EH V B
平衡时， F F
材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用 载流子迁移率来表征； 载流子迁移率，是指在单位电场强度作用下，载 流子的平均速度值。载流子迁移率用符号μ表示， μ=v/EI。其中EI是A、B两端面之间的电场强度。 它是由外加电压U产生的，即EI＝U/L。因此我 们可以把电子运动速度表示为v=μU/l。
二、电路部分
1、基本电路
2、霍尔元件的输出电路 线性应用 图5-5-4 a) 开关应用 图5-5-4b)
霍尔线性电路
它由霍尔元件、差分放大 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，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 见下表。
3 霍尔传感器的应用
一、利用与I的关系 可用于直接测量电流和能转换为电流 的其它物理量 二、利用 U H 与B的关系 U H ~ B 可用于测量磁场及可转换为磁场的其它物理量 实例――霍尔式钳形电流表 图５-５-７
霍尔效应与霍尔传感器简介
霍尔效应科技名词定义中文名称：霍尔效应英文名称：Hall effect定义1：在物质中任何一点产生的感应电场强度与电流密度和磁感应强度之矢量积成正比的现象。
应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）定义2：通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。
应用学科：机械工程（一级学科）；工业自动化仪表与系统（二级学科）；机械量测量仪表-机械量测量仪表一般名词（三级学科）百科名片霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，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，这一现象便是霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电势差。
发现霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。
当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。
虽然这个效应多年前就已经被大家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。
根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器。
霍尔效应（图中电场方向应向上）解释在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。
而产生的内建电压称为霍尔电压。
方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。
电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。
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什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图(图)
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，如图所示。
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，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。
原理简述如下：激励电流I 从a 、b 端流入，磁场B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、d 方向产生电场E 。
电子积累得越多，FE 也越大，在半导体薄片c 、d 方向的端面之间建立的电动势EH 就是霍尔电势。
由图可以看出，流入激励电流端的电流I 越大、作用在薄片上的磁场强度 B 越强，霍尔电势也就越高。
磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。
（以下是）霍尔电流传感器工作原理
1、直放式（开环）电流传感器（CS系列）
当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。
一般的额定输出标定为4V。
2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列）
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。
这一电流再通过多匝绕组产生磁场，
该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。
当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is
来测试Ip。
当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。
被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。
一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。
经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。
从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。
因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。
3、霍尔电压（闭环）传感器（VSM系列）
霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。
原边电压V P通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流I S流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流I S精确的反映原边电压V P。
4、交流电流传感器（A-CS系列）
交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。
是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA（或4～20mA）的标准直流信号输出供各种系统使用。