霍尔式传感器原理及应用
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该现象称为霍尔效应，所产生的电动势 VH 称为霍尔电势
霍尔电势 VH 的大小 由下式决定： (3-48)
式中 KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和 单位控制电流下所得的开路霍尔电势， 取决于材质、元件尺寸，并受温度变化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
•纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值 •半导体是霍尔元件的常用材料 •材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔式传感器原理及应用.ppt
1. 基本原理
•厚度为 d 的N型半导体薄片上垂直 作用了磁感应强度为 B 的磁场 •若在一个方向上通以电流 I •N型半导体中多数载流子为电子
——它沿与电流的相反方向运动
•带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力 FL 的作用 •洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 •洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向 c，d 电极 •在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
•霍尔元件可制成位移传感器 •霍尔元件置于两相反方向的磁场中 •在a、b两端通入控制电流 i •左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反 •c，d两端输出电压是VH1-VH2，若使初始位置时VH1=VH2，则输出电压为零。 •当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且 ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向 •霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力 •霍尔元件的特点：
结构简单可靠 体积小 噪声低 动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1) 频率范围宽(从直流到微波频段) 寿命长 价格低
•可以广泛应用于测量： 位移 可转化为位移的力和加速度 磁场变化
•应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的 可变磁场，输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积
2. 霍尔传感器的应用
(3-48)
•式(3-48)可知，改变 I 或 B，或两者同 时改变均会引起 VH 的变化 •利用该原理可以做成各种传感元件
霍尔传感器的结构
•片芯是一块矩形半导体薄片 一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等
•长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两侧面的中点焊以两导线 输出霍尔电势
——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器
•霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装
霍尔元件的基本电路
•R为调节电阻，调节控制电流的大小 •VH 两端为霍尔电势输出端
(3-48)
•在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出 •使用时，I 和 B 都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积 •建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) •所测外界信号频率可以很高
霍尔电势 VH 的大小 由下式决定： (3-48)
式中 KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和 单位控制电流下所得的开路霍尔电势， 取决于材质、元件尺寸，并受温度变化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
•纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值 •半导体是霍尔元件的常用材料 •材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
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1. 基本原理
•厚度为 d 的N型半导体薄片上垂直 作用了磁感应强度为 B 的磁场 •若在一个方向上通以电流 I •N型半导体中多数载流子为电子
——它沿与电流的相反方向运动
•带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力 FL 的作用 •洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 •洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向 c，d 电极 •在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
•霍尔元件可制成位移传感器 •霍尔元件置于两相反方向的磁场中 •在a、b两端通入控制电流 i •左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反 •c，d两端输出电压是VH1-VH2，若使初始位置时VH1=VH2，则输出电压为零。 •当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且 ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向 •霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力 •霍尔元件的特点：
结构简单可靠 体积小 噪声低 动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1) 频率范围宽(从直流到微波频段) 寿命长 价格低
•可以广泛应用于测量： 位移 可转化为位移的力和加速度 磁场变化
•应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的 可变磁场，输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积
2. 霍尔传感器的应用
(3-48)
•式(3-48)可知，改变 I 或 B，或两者同 时改变均会引起 VH 的变化 •利用该原理可以做成各种传感元件
霍尔传感器的结构
•片芯是一块矩形半导体薄片 一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等
•长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两侧面的中点焊以两导线 输出霍尔电势
——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器
•霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装
霍尔元件的基本电路
•R为调节电阻，调节控制电流的大小 •VH 两端为霍尔电势输出端
(3-48)
•在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出 •使用时，I 和 B 都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积 •建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) •所测外界信号频率可以很高