传感器基本原理和应用第七章磁电传感器
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霍尔元件霍尔效应的建立时间极短（10－12～10－14 S），适宜于作高频信号的检测或无触点开关，利用这一 特性，霍尔元件可用于制作计数器或转速计。
5．集成特性
霍尔元件具有结构简单、体积小、无活动部件，便于 与测量电路一起作成集成霍尔传感器。
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
三、测量电路
霍尔元件基本测量电路如图7－4所示。霍尔电压UH 一般为毫伏数量级，因而实际应用时霍尔效应输出电压UH
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
一、霍尔效应
如图7－1所示，在(金属）半导体薄片上垂直施加磁 场B，在薄片两短边b方向通入控制电流I，则在薄片两长 边L方向产生电动势，这种现象称之为霍尔效应，该电动
势称为霍尔电压UH ，该半导体薄片称为霍尔元件。
图7－传感1器基霍本原尔传理感和效器应用应第原七章理磁电图
电压UB 取决于霍尔元件在磁场中的位置，从而实现微位
移及可转换为微位移传的感器压基本力原理、和应加用第速七章度磁电、振动等非电量的测
量。
传感器
3．UH—IB 特性
利用UH 与IB 的乘积关系，霍尔元件可作成乘法器， 当控制电流I 和磁场B 为同一电源激励时，可利用霍尔元
件进行电源输出功率的测量。
4．开关特性
第七章 磁电传感器
第一节 霍尔传感器
一、霍尔效应
二、霍尔元件的基本特性
三、测量电路
四、误差及其补偿
五、集成霍尔传感器
六、霍尔传感器的应用
第二节 磁敏电阻
一、磁阻效应
二、磁敏电阻的基本特性
三、磁敏电阻的应用
第三节 磁敏二极管和磁敏三极管
一、磁敏二极管
二、磁敏三极管 传感器基本原理和应用第七章磁电
三、磁敏管的应用
f
H
L b
—霍尔元件形状系数
d —霍尔元件厚度（m） L —霍尔元件长度（m） b —霍尔元件宽度（m） I —控制电流（A） B —磁感应强度（特斯拉T，即Wb/m2）
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
令
KH
RH d
fHbL
则（7－2）改写为
UH KHIB
，称之为霍尔元件灵敏度， （7－3）
传感器
常用半导体材料的特性
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
由这些半导体材料制成的霍尔元件在应用时都具有如
下几个基本特性。
1．UH—I 特性
当KH 和B 为定值时，在一定的温度下，霍尔电压UH 与控制电流I 有较好的线性关系，此时I 对UH 有较高的灵
可见，当霍尔元件的半导体材料性能及几何尺寸确定
后，霍尔元件的输出电压UH 正比于控制电流I 和磁感应强 度B 。
二、霍尔元件的基本特性 霍尔元件是由具有霍尔效应的半导体薄片、电极引 线及壳体组成，其电路符号如图7－2所示。图中两短边引 线通入控制电流，两长边引线输出霍尔电压；霍尔元件的 壳体由非导磁金属、传陶感器瓷基本或原理环和应氧用第树七章脂磁电封装而成。
图7－1中，v 表示半导体中电子在控制电流I作用下 的运动方向和速度，FL 表示电子受到磁场的洛伦兹力 ，
其大小为
FL qv B
(7-1)
式中q 为电子的电荷量， FL 方向符合左手掌定则, 运动电子在洛伦兹力FL 的作用下，电子以抛物线形式向一
侧运动，致使在霍尔元件的两长边积累起等量的正、负电 荷，形成霍尔电场，该电场对随后的电子施加一电场力FE
要接差动放大器；根据霍尔元件工作条件不同，霍尔电压
可以是线性量或开关量，因而其测量电路可能是线性型或
开关型。
（a）线性型 传感器基本原理和应用第七章磁电
（b）开关型
图7－4 霍尔传感元器件测量电路
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
四、误差及其来自百度文库偿
1．零位误差及其补偿
传感器
图7－2 霍尔元件电路符号
由式（7－2）可知，要使霍尔元件有较高的灵敏度，
必须要求霍尔元件材料有较大的霍尔常数。霍尔常数RH 等
于材料的电阻率与电子迁移率的乘积，金属材料电子迁移 率大，但电阻率很小；绝绝材料电阻率极高，但载流子迁 移率极低；只有半导体材料适于作霍尔元件，其电阻率和 载流子的迁移率都比较大。目前常用的半导体材料有硅、 锗、锑化铟和砷化铟等，这些材料不但有较大的霍尔常数， 而且有较好的线性度传。感器基本原理和应用第七章磁电
敏度。利用这一特性，霍尔元件可直接用于测量电流或激
励源电压，也可以用于测量能转换为电流的其他物理量。
2．UH—B 特性
当KH 和I 为定值时，霍尔电压UH 与磁场B 具有单值 关系，在磁不饱和时（一般B小于0.5T） UB 与B 具有线性
关系。利用这一特性，霍尔元件可用于测量交、直流磁感
应强度或磁场强度；若B 为一个均匀梯度的磁场，则霍尔
FE 表示该霍尔电场的电场力；当霍尔电场力FE 与洛伦兹 力FL 相等时，电荷积累达到动态平衡。
FE=qEH=Uh / b
F L q v F B E q U hb /
I=-nqvbd
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
霍尔电压UH 的大小为
UH
RH d
IBH f
L b
（7－2）
式中 RH —霍尔常数（m3/c）
电势。 （2）寄生感应电势
当控制电流I 为交变电流时,此电流形成的交变磁场
传感器
第七章 磁电传感器
磁电传感器可分为两大类，一类是基于铁芯线圈电磁 感应原理的磁电感应式传感器，一类是基于半导体材料磁 敏效应的磁敏传感器。本章将介绍目前常见的几种半导体 材料磁敏效应器件及其传感器，即霍尔元件、磁敏电阻、 磁敏二极管及磁敏三极管。
第一节 霍尔传感器
霍尔是美国的一位物理学家，他在1879年首先在金属 材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱 而没有得到应用，后来人们发现某些半导体材料的霍尔效 应十分显著，因而制成相应的霍尔元件，广泛用于电磁测 量、计数器、转速计、位移及无触点开关等。
霍尔元件在控制电流I=0或磁场B=0时出现的霍尔电压 ΔUH ，称之为零位误差。引起零位误差的原因主要有如下
三个因素。 （1）直流寄生电势
霍尔元件控制电流或霍尔电压两引线电极焊点大小不 等、热容量不同,或接触不良、欧姆电阻大小不等，因而 引起温差电势。提高电极焊点结构上的对称性，保持电极
引线接触良好，且散热条件相同，可以减小这种直流寄生
5．集成特性
霍尔元件具有结构简单、体积小、无活动部件，便于 与测量电路一起作成集成霍尔传感器。
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
三、测量电路
霍尔元件基本测量电路如图7－4所示。霍尔电压UH 一般为毫伏数量级，因而实际应用时霍尔效应输出电压UH
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
一、霍尔效应
如图7－1所示，在(金属）半导体薄片上垂直施加磁 场B，在薄片两短边b方向通入控制电流I，则在薄片两长 边L方向产生电动势，这种现象称之为霍尔效应，该电动
势称为霍尔电压UH ，该半导体薄片称为霍尔元件。
图7－传感1器基霍本原尔传理感和效器应用应第原七章理磁电图
电压UB 取决于霍尔元件在磁场中的位置，从而实现微位
移及可转换为微位移传的感器压基本力原理、和应加用第速七章度磁电、振动等非电量的测
量。
传感器
3．UH—IB 特性
利用UH 与IB 的乘积关系，霍尔元件可作成乘法器， 当控制电流I 和磁场B 为同一电源激励时，可利用霍尔元
件进行电源输出功率的测量。
4．开关特性
第七章 磁电传感器
第一节 霍尔传感器
一、霍尔效应
二、霍尔元件的基本特性
三、测量电路
四、误差及其补偿
五、集成霍尔传感器
六、霍尔传感器的应用
第二节 磁敏电阻
一、磁阻效应
二、磁敏电阻的基本特性
三、磁敏电阻的应用
第三节 磁敏二极管和磁敏三极管
一、磁敏二极管
二、磁敏三极管 传感器基本原理和应用第七章磁电
三、磁敏管的应用
f
H
L b
—霍尔元件形状系数
d —霍尔元件厚度（m） L —霍尔元件长度（m） b —霍尔元件宽度（m） I —控制电流（A） B —磁感应强度（特斯拉T，即Wb/m2）
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
令
KH
RH d
fHbL
则（7－2）改写为
UH KHIB
，称之为霍尔元件灵敏度， （7－3）
传感器
常用半导体材料的特性
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
由这些半导体材料制成的霍尔元件在应用时都具有如
下几个基本特性。
1．UH—I 特性
当KH 和B 为定值时，在一定的温度下，霍尔电压UH 与控制电流I 有较好的线性关系，此时I 对UH 有较高的灵
可见，当霍尔元件的半导体材料性能及几何尺寸确定
后，霍尔元件的输出电压UH 正比于控制电流I 和磁感应强 度B 。
二、霍尔元件的基本特性 霍尔元件是由具有霍尔效应的半导体薄片、电极引 线及壳体组成，其电路符号如图7－2所示。图中两短边引 线通入控制电流，两长边引线输出霍尔电压；霍尔元件的 壳体由非导磁金属、传陶感器瓷基本或原理环和应氧用第树七章脂磁电封装而成。
图7－1中，v 表示半导体中电子在控制电流I作用下 的运动方向和速度，FL 表示电子受到磁场的洛伦兹力 ，
其大小为
FL qv B
(7-1)
式中q 为电子的电荷量， FL 方向符合左手掌定则, 运动电子在洛伦兹力FL 的作用下，电子以抛物线形式向一
侧运动，致使在霍尔元件的两长边积累起等量的正、负电 荷，形成霍尔电场，该电场对随后的电子施加一电场力FE
要接差动放大器；根据霍尔元件工作条件不同，霍尔电压
可以是线性量或开关量，因而其测量电路可能是线性型或
开关型。
（a）线性型 传感器基本原理和应用第七章磁电
（b）开关型
图7－4 霍尔传感元器件测量电路
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
四、误差及其来自百度文库偿
1．零位误差及其补偿
传感器
图7－2 霍尔元件电路符号
由式（7－2）可知，要使霍尔元件有较高的灵敏度，
必须要求霍尔元件材料有较大的霍尔常数。霍尔常数RH 等
于材料的电阻率与电子迁移率的乘积，金属材料电子迁移 率大，但电阻率很小；绝绝材料电阻率极高，但载流子迁 移率极低；只有半导体材料适于作霍尔元件，其电阻率和 载流子的迁移率都比较大。目前常用的半导体材料有硅、 锗、锑化铟和砷化铟等，这些材料不但有较大的霍尔常数， 而且有较好的线性度传。感器基本原理和应用第七章磁电
敏度。利用这一特性，霍尔元件可直接用于测量电流或激
励源电压，也可以用于测量能转换为电流的其他物理量。
2．UH—B 特性
当KH 和I 为定值时，霍尔电压UH 与磁场B 具有单值 关系，在磁不饱和时（一般B小于0.5T） UB 与B 具有线性
关系。利用这一特性，霍尔元件可用于测量交、直流磁感
应强度或磁场强度；若B 为一个均匀梯度的磁场，则霍尔
FE 表示该霍尔电场的电场力；当霍尔电场力FE 与洛伦兹 力FL 相等时，电荷积累达到动态平衡。
FE=qEH=Uh / b
F L q v F B E q U hb /
I=-nqvbd
传感器基本原理和应用第七章磁电 传感器
霍尔电压UH 的大小为
UH
RH d
IBH f
L b
（7－2）
式中 RH —霍尔常数（m3/c）
电势。 （2）寄生感应电势
当控制电流I 为交变电流时,此电流形成的交变磁场
传感器
第七章 磁电传感器
磁电传感器可分为两大类，一类是基于铁芯线圈电磁 感应原理的磁电感应式传感器，一类是基于半导体材料磁 敏效应的磁敏传感器。本章将介绍目前常见的几种半导体 材料磁敏效应器件及其传感器，即霍尔元件、磁敏电阻、 磁敏二极管及磁敏三极管。
第一节 霍尔传感器
霍尔是美国的一位物理学家，他在1879年首先在金属 材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱 而没有得到应用，后来人们发现某些半导体材料的霍尔效 应十分显著，因而制成相应的霍尔元件，广泛用于电磁测 量、计数器、转速计、位移及无触点开关等。
霍尔元件在控制电流I=0或磁场B=0时出现的霍尔电压 ΔUH ，称之为零位误差。引起零位误差的原因主要有如下
三个因素。 （1）直流寄生电势
霍尔元件控制电流或霍尔电压两引线电极焊点大小不 等、热容量不同,或接触不良、欧姆电阻大小不等，因而 引起温差电势。提高电极焊点结构上的对称性，保持电极
引线接触良好，且散热条件相同，可以减小这种直流寄生