最新第五章第2节霍尔传感器介绍课件ppt
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霍尔传感器教学课件PPT
27
恒流源温度补偿
霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势的变化， 霍尔元件的灵敏系数与温度的关系：
KH KHO (1 T )
式中: KH0 为温度T0时的KH值；
T 温度变化量；
霍尔电势的温度系数。
α的定义为 （U Ht U H 0 ) /U H 0
t
28
大胆假设：
➢ 由于大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔
R0
Ri0
当霍尔元件选定后，它的输入电阻 Ri0 和温度系数 及霍尔
电势温度系数 可以从元件参数表中查到（ Ri0 可以测量出
来），用上式即可计算出分流电阻 R0 及所需的分流电阻温度系
数 值。
33
利用补偿电桥进行补偿
➢ 电桥由温度系数低的电阻 构成，在某一桥臂电阻上并 联一热敏电阻。 ➢ 当温度变化时，热敏电阻
U H KH BI
补充：
1、霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值， 霍
尔元件制成薄片形状。 2、半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁 移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。
U 3、当磁感应强度B和霍尔片平
面法线成角度θ时, 霍尔电势为： H
KH BI cos
8
讨论:
RH
1 ne
KH
RH d
1 ned
1、霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：
分析：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电
势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。
KH
UH BI
2、霍尔元件灵敏度（灵敏系数） KH意义：表示霍尔元件在
单位激励电流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小。
9
恒流源温度补偿
霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势的变化， 霍尔元件的灵敏系数与温度的关系：
KH KHO (1 T )
式中: KH0 为温度T0时的KH值；
T 温度变化量；
霍尔电势的温度系数。
α的定义为 （U Ht U H 0 ) /U H 0
t
28
大胆假设：
➢ 由于大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔
R0
Ri0
当霍尔元件选定后，它的输入电阻 Ri0 和温度系数 及霍尔
电势温度系数 可以从元件参数表中查到（ Ri0 可以测量出
来），用上式即可计算出分流电阻 R0 及所需的分流电阻温度系
数 值。
33
利用补偿电桥进行补偿
➢ 电桥由温度系数低的电阻 构成，在某一桥臂电阻上并 联一热敏电阻。 ➢ 当温度变化时，热敏电阻
U H KH BI
补充：
1、霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值， 霍
尔元件制成薄片形状。 2、半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁 移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。
U 3、当磁感应强度B和霍尔片平
面法线成角度θ时, 霍尔电势为： H
KH BI cos
8
讨论:
RH
1 ne
KH
RH d
1 ned
1、霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：
分析：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电
势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。
KH
UH BI
2、霍尔元件灵敏度（灵敏系数） KH意义：表示霍尔元件在
单位激励电流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小。
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第五章第2节霍尔传感器介绍
(二) 霍尔元件
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。
1 2 1 1′ 2′ 1 H 2′ 1′
1
2
2
1 、1 ′—激励电极；2 、2 ′—霍尔电极
图 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
霍尔传感器输出电压是交流的情况：
C1漏电流小，C2漏电流大，其差表现为偏移电压。
C1,C2漏电流相等
二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
evB eU H / b
eIB / neb d eU H / b UH IB ned
霍尔电势UH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。 于是可改写成：
UH
IB RH d
RH—霍尔系数
设 KH=RH / d
UH＝KHIB
KH—霍尔器件的灵敏度系数。它与载流材料的物理性质 和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时 霍尔电势的大小。 若磁感应强度B的方向与霍尔器件的平面法线夹角为θ时， 霍尔电势应为：
c.差分放大
需要差分放大的原因： 霍尔元件的输出电压低，需要放大 去除同相电压，需要差分
u0 (
Ua
R4 2R )(1 2 )(U b U a ) R3 R1
R3
霍尔式传感器原理及应用(共9张PPT)
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 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，并受温度变化影响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
磁场变化 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装 若在一个方向上通以电流 I 磁场变化
洛伦兹力•F应L 的用方中向由不左用手定永则久决定磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)
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
一式般中采K用H—N形—锗霍、尔锑常化寿数铟，命、表砷长示化单铟位、磁砷感化应镓强和度磷和砷化铟等
材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
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
在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 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 若在一个方向上通以电流 I 霍尔元件置于两相反方向的磁场中
霍尔元件霍可制尔成位传移传感感器器 的结构
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) 在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
• 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
霍尔电势 VH 的大小 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，并受温度变化影响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
磁场变化 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装 若在一个方向上通以电流 I 磁场变化
洛伦兹力•F应L 的用方中向由不左用手定永则久决定磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)
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
一式般中采K用H—N形—锗霍、尔锑常化寿数铟，命、表砷长示化单铟位、磁砷感化应镓强和度磷和砷化铟等
材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
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
在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 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 若在一个方向上通以电流 I 霍尔元件置于两相反方向的磁场中
霍尔元件霍可制尔成位传移传感感器器 的结构
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) 在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
• 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
霍尔式传感器介绍课件
霍尔式传感器可以检测汽车电子设备的工作状态，如发动机转速、车速等。
工业控制
霍尔式传感器在工业控制中的应用广泛，如电机控制、机器人控制等。
01
霍尔式传感器可以检测电机的转速、位置和扭矩等信息，实现精确控制。
02
霍尔式传感器在机器人控制中，可以检测机器人的关节角度和位置，实现机器人的精确运动控制。
03
虚拟现实：霍尔传感器用于头部追踪、手势识别等
01
02
03
04
05
06
霍尔式传感器发展趋势
技术进步
霍尔元件的制造工艺不断改进，提高了传感器的灵敏度和稳定性。
随着新材料和新工艺的应用，霍尔式传感器的测量范围和精度得到了进一步提高。
集成电路技术的发展，使得霍尔式传感器的体积越来越小，功耗越来越低。
智能化技术的发展，使得霍尔式传感器能够实现自诊断、自校准等功能，提高了系统的可靠性和稳定性。
演讲人
单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点
霍尔式传感器介绍课件
01.
霍尔式传感器原理
02.
03.
目录
霍尔式传感器应用
霍尔式传感器发展趋势
霍尔式传感器原理
霍尔效应
霍尔效应是指当电流通过导体时，在导体两侧会产生一个与电流方向垂直的磁场。
这个磁场的大小与电流的大小和导体的厚度有关。
应用领域拓展
汽车电子：霍尔式传感器在汽车电子领域中的应用越来越广泛，如汽车电子稳定系统（ESP）、电子助力转向系统（EPS）等。
智能家居：霍尔式传感器在智能家居中的应用也越来越多，如智能门锁、智能照明系统等。
医疗设备：霍尔式传感器在医疗设备中的应用也越来越广泛，如医疗监护设备、医疗诊断设备等。
《霍尔传感器》PPT课件
霍尔传感器
半导体薄片位于磁场中，当它的电流方向与 磁场不一致时，半导体薄片上平行于电流 和磁场方向的两个面产生的电动势成为霍 尔电动势，其中的半导体薄片成为霍尔传 感器。
编辑ppt
1பைடு நூலகம்
• 霍尔传感器的设计
从霍尔效应器件的设计角度来看，需要注意以下几点： 1. 霍尔电压正比于电流，因此在没有高功率而希望获得高灵敏度 的情况下，其他参数必须优化 2.霍尔电压与磁通密度近似呈线性关系 3.霍尔电压反比于厚度 4.霍尔电压反比于载流子浓度
编辑ppt
2
编辑ppt
3
半导体薄片位于磁场中，当它的电流方向与 磁场不一致时，半导体薄片上平行于电流 和磁场方向的两个面产生的电动势成为霍 尔电动势，其中的半导体薄片成为霍尔传 感器。
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1பைடு நூலகம்
• 霍尔传感器的设计
从霍尔效应器件的设计角度来看，需要注意以下几点： 1. 霍尔电压正比于电流，因此在没有高功率而希望获得高灵敏度 的情况下，其他参数必须优化 2.霍尔电压与磁通密度近似呈线性关系 3.霍尔电压反比于厚度 4.霍尔电压反比于载流子浓度
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《霍尔传感器》课件
优点
• 非接触式测量 • 高精度和稳定性 • 快速响应
缺点
• 受外部磁场影响 • 价格相对较高 • 对温度变化敏感
霍尔传感器与其他传感器的比较
光电传感器
可感知光强，但受环境光影响。
电阻式传感器Biblioteka 测量电阻值，受温度和湿度影响。
温度传感器
用于测量温度变化，但无法测量磁场。
霍尔传感器在智能家居中的应 用
霍尔传感器可用于智能门窗、智能家电等设备的开关和状态监测，提高家居 安全和便利性。
霍尔传感器在汽车行业中的应用
霍尔传感器广泛应用于转向传感、刹车传感和座椅安全传感等汽车系统中，提升驾驶体验和安全 性。
具有灵敏度高、响应速 度快等特点。
效应霍尔元件
可测量磁场的强度和方 向。
开关型霍尔元件
用于检测接近或远离磁 场的开关状态。
霍尔元件的特点
1 非接触式测量
不受物体表面状态和材料的影响。
3 快速响应
适用于高速测量和控制应用。
2 高精度和稳定性
能够实时准确测量磁场强度。
4 广泛的工作温度范围
可在极端环境下工作。
《霍尔传感器》PPT课件
本课件将为您介绍霍尔传感器的原理、种类及其在各个领域的广泛应用。通 过清晰的图示和丰富的案例，带您深入了解霍尔传感器的优点、发展历程以 及未来的挑战。
概述
霍尔传感器利用霍尔效应测量磁场，有广泛的应用领域。本节将介绍霍尔传 感器的定义、原理以及与其他传感器的比较。
霍尔元件
线性霍尔元件
基于霍尔元件的测量电路
电压输出型
输出电压随磁场强度变化。
电流输出型
输出电流随磁场强度变化。
开关输出型
检测物体是否接近或远离磁 场。
《霍尔传感器 》课件
防电击
确保传感器外壳接地良好，避免因漏电等原因造成电 击危险。
操作规范
遵循安全操作规范，避免在未经授权的情况下擅自拆 卸、改装传感器。
04
霍尔传感器的发展趋势与未来 展望
技术创新与改进
微型化
多功能化
随着微电子技术的不断发展，霍尔传 感器的尺寸逐渐减小，性能不断提高 ，应用范围更加广泛。
未来霍尔传感器将逐渐实现多功能化 ，能够同时检测多种物理量，满足不 同领域的需求。
《霍尔传感器》PPT课件
目录
• 霍尔传感器简介 • 霍尔传感器的类型与特点 • 霍尔传感器的使用与注意事项 • 霍尔传感器的发展趋势与未来展望 • 案例分析与实践应用
01
霍尔传感器简介
霍尔传感器的定义
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁 感应传感器，能够检测磁场变化并转 换为电信号输出。
它利用霍尔效应原理，通过测量磁场 中导体或半导体的电压或电流变化来 检测磁场。
开关型霍尔传感器具有低功耗、高可靠性、快速响应等优点，广泛应用于无刷电机 、电磁阀等电子设备的控制系统中。
开关型霍尔传感器通常由霍尔元件、放大器和比较器等组成，具有较小的体积和重 量。
温度补偿型霍尔传感器
温度补偿型霍尔传感器主要用 于消除温度对霍尔元件的影响 ，提高测量精度和稳定性。
温度补偿型霍尔传感器通常 采用热敏电阻或集成温度传 感器来实现温度补偿功能。
物联网
随着物联网技术的不断发展，霍 尔传感器在智能家居、智能农业 、智能安防等领域的应用前景广 阔。
市场前景与展望
全球霍尔传感器市场规模不断扩大，预计未来几年将继续保持增长态势。
随着技术的不断创新和应用的不断拓展，霍尔传感器的应用领域将越来越 广泛，市场前景十分看好。
确保传感器外壳接地良好，避免因漏电等原因造成电 击危险。
操作规范
遵循安全操作规范，避免在未经授权的情况下擅自拆 卸、改装传感器。
04
霍尔传感器的发展趋势与未来 展望
技术创新与改进
微型化
多功能化
随着微电子技术的不断发展，霍尔传 感器的尺寸逐渐减小，性能不断提高 ，应用范围更加广泛。
未来霍尔传感器将逐渐实现多功能化 ，能够同时检测多种物理量，满足不 同领域的需求。
《霍尔传感器》PPT课件
目录
• 霍尔传感器简介 • 霍尔传感器的类型与特点 • 霍尔传感器的使用与注意事项 • 霍尔传感器的发展趋势与未来展望 • 案例分析与实践应用
01
霍尔传感器简介
霍尔传感器的定义
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁 感应传感器，能够检测磁场变化并转 换为电信号输出。
它利用霍尔效应原理，通过测量磁场 中导体或半导体的电压或电流变化来 检测磁场。
开关型霍尔传感器具有低功耗、高可靠性、快速响应等优点，广泛应用于无刷电机 、电磁阀等电子设备的控制系统中。
开关型霍尔传感器通常由霍尔元件、放大器和比较器等组成，具有较小的体积和重 量。
温度补偿型霍尔传感器
温度补偿型霍尔传感器主要用 于消除温度对霍尔元件的影响 ，提高测量精度和稳定性。
温度补偿型霍尔传感器通常 采用热敏电阻或集成温度传 感器来实现温度补偿功能。
物联网
随着物联网技术的不断发展，霍 尔传感器在智能家居、智能农业 、智能安防等领域的应用前景广 阔。
市场前景与展望
全球霍尔传感器市场规模不断扩大，预计未来几年将继续保持增长态势。
随着技术的不断创新和应用的不断拓展，霍尔传感器的应用领域将越来越 广泛，市场前景十分看好。
《霍尔传感器》 (2)幻灯片
示。
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
pptcn
由补偿电路图知，在温度t0和t时
当温度影响完全补偿时，UH0=UHt，
则
(9-8) (9-9) (9-10)
(9-11)
(9-12)将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-13,14)
pptcn
❖ 2．选取适宜的负载电阻RL ❖ 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
❖
为温度变化1 C时，霍尔元件电阻变化的百分〔%/ C〕
❖ 8.灵敏度温度系数
❖
为温度变化1 C时，霍尔元件灵敏度的变化率。
❖ 9.线性度
pptcn
❖ 根本误差及其补偿 ❖ 温度误差及其补偿
❖ 温度变化，导致霍尔元件内阻〔Ri、Ro)和霍 尔灵敏度〔KH〕等变化，给测量带来一定误差， 即温度误差。为了减温度误差，需采取温度补 偿措施。
pptcn
1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻
温度变化引起霍尔元件输入电阻Ri变化，在稳压源供
电时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差， 最好采用恒流源(稳定度0.1%)提供控制电流。但灵敏
度系数KH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度 误差。为了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温 度系数的霍尔元件，可在其输入回路并联电阻R，如图所
pptcn
在磁场B中运动的电子将受到Lorentz力fL fL=evB
偏转,建立的霍尔电场EH对随后的运动电子施加一电场力fE fE=eEH=eUH /b
平衡时， fL = fE，即 evB= eUH /b
由于电流密度J=-nev(v为电子运动速度 )，则电流强度为 I=-nevbd
所以
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
pptcn
由补偿电路图知，在温度t0和t时
当温度影响完全补偿时，UH0=UHt，
则
(9-8) (9-9) (9-10)
(9-11)
(9-12)将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-13,14)
pptcn
❖ 2．选取适宜的负载电阻RL ❖ 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
❖
为温度变化1 C时，霍尔元件电阻变化的百分〔%/ C〕
❖ 8.灵敏度温度系数
❖
为温度变化1 C时，霍尔元件灵敏度的变化率。
❖ 9.线性度
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❖ 根本误差及其补偿 ❖ 温度误差及其补偿
❖ 温度变化，导致霍尔元件内阻〔Ri、Ro)和霍 尔灵敏度〔KH〕等变化，给测量带来一定误差， 即温度误差。为了减温度误差，需采取温度补 偿措施。
pptcn
1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻
温度变化引起霍尔元件输入电阻Ri变化，在稳压源供
电时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差， 最好采用恒流源(稳定度0.1%)提供控制电流。但灵敏
度系数KH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度 误差。为了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温 度系数的霍尔元件，可在其输入回路并联电阻R，如图所
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在磁场B中运动的电子将受到Lorentz力fL fL=evB
偏转,建立的霍尔电场EH对随后的运动电子施加一电场力fE fE=eEH=eUH /b
平衡时， fL = fE，即 evB= eUH /b
由于电流密度J=-nev(v为电子运动速度 )，则电流强度为 I=-nevbd
所以
磁敏传感器霍尔式课件.ppt
在霍耳开关应用时，提高激励传感器的磁感应强度是一个重要方 面。除选用磁感应强度大的磁铁或减少磁铁与传感器的间隔距离 外，还可采用下列方法增强传感器的磁感应强度。
磁力集中器 传感器
铁底盘
磁铁
N
S
磁铁 S
N
传感器 磁力集中器
磁力集中器安装示意图磁敏传感器霍尔式课件在磁铁上安装铁底盘示意图
④激励磁场应用实例 (a)加磁力集中器的移动激励方式
总之，在交变磁场下，当频率为数十kHz时，可以 不考虑频率对器件输出的影响，即使在数MHz时，如 果能仔细设计气隙宽度，选用合适的元件和导磁材料， 仍然可以保证器件有良好的频率特性的。
磁敏传感器霍尔式课件
（五） 霍耳开关集成传感器
霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电 路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感 知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号 形式输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命 长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、 工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等 优点。
I、V、B之间呈线性关系。
2、灵敏度：可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流 灵敏度、电势灵敏度表示：
VH=KHBI KH——乘积灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强度B和 控制电流I乘积之间的比值，通常以mV/(mA·0.1T)。
因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确 定,故称为乘积灵敏度。
磁敏传感器霍尔式课件
(d)翼片遮挡式 翼片遮挡方法就是把铁片放到磁铁与
传感器之间，使磁力线被分流、傍路，遮挡磁场对传感 器激励。当磁铁和传感器之间无遮挡时，传感器被磁铁 激励而导通；当翼片转动到磁铁和传感器之间时，传感 器被关断。
片状
筒状
图2.6-23 翼片遮挡器的形状
磁力集中器 传感器
铁底盘
磁铁
N
S
磁铁 S
N
传感器 磁力集中器
磁力集中器安装示意图磁敏传感器霍尔式课件在磁铁上安装铁底盘示意图
④激励磁场应用实例 (a)加磁力集中器的移动激励方式
总之，在交变磁场下，当频率为数十kHz时，可以 不考虑频率对器件输出的影响，即使在数MHz时，如 果能仔细设计气隙宽度，选用合适的元件和导磁材料， 仍然可以保证器件有良好的频率特性的。
磁敏传感器霍尔式课件
（五） 霍耳开关集成传感器
霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电 路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感 知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号 形式输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命 长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、 工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等 优点。
I、V、B之间呈线性关系。
2、灵敏度：可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流 灵敏度、电势灵敏度表示：
VH=KHBI KH——乘积灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强度B和 控制电流I乘积之间的比值，通常以mV/(mA·0.1T)。
因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确 定,故称为乘积灵敏度。
磁敏传感器霍尔式课件
(d)翼片遮挡式 翼片遮挡方法就是把铁片放到磁铁与
传感器之间，使磁力线被分流、傍路，遮挡磁场对传感 器激励。当磁铁和传感器之间无遮挡时，传感器被磁铁 激励而导通；当翼片转动到磁铁和传感器之间时，传感 器被关断。
片状
筒状
图2.6-23 翼片遮挡器的形状
第五章霍尔传感器PPT学习教案
霍尔元件的主要特性参数
1．输入电阻Ri和输出电阻Ro 定义霍尔元件激励电极之间的电阻称为输入电
阻Ri。霍尔电极之间的电阻称为输出电阻Ro 2．额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax
霍尔元件在空气中产生的温升为10℃时，所对 应的激励电流称为额定激励电流IN。以元件允许 的最大温升为限制，所对应的激励电流称为最大 允许激励电流Imax。
图8-9 霍尔开关集成传感器原理框图
第15页/共59页
（1）霍尔元件：在0.1T磁场作用下，霍尔元件开路时可输出20mV左右 的霍尔电压，当有负载时输出10mV左右的霍尔电压。
（2）差分放大器：放大器将霍尔电压放大，以便驱动后一级整形电路。 （3）整形电路：一般采用施密特触发器，它把经差分放大的电压整形
第16页/共59页
2．霍尔开关集成传感器的特性 （1）磁特性
霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电平的导通磁 感应强度B（H→L）、由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度B （L→H）和磁感应强度的滞环宽度 .
滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的，因为在导通磁感应强 度B（H→L）附近，如果没有滞环效应或滞环效应很小，那么由于 磁噪声或磁钢振动等原因，会使电路的输出反复开启和关闭，形成 类似于自激振荡现象。为防止这种现象的产生，必须具有一定宽度 的滞环。但如果这种滞环宽度过大，对开关动作也是不利的，因为 要求磁场变化幅度很大，有可能不发生动作而出现漏计现象。
第25页/共59页
8.3.1 霍尔位移传感器
图8-13 霍尔位移传感器
第26页/共59页Fra bibliotek霍尔电流变换器
图8-14 霍尔传感器电流变换器
第27页/共59页
利用霍尔传感器实现无接触式仿 型加工
《霍尔式传感器》课件
（a）在输入回路中进行温度补偿，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔元件灵敏度KH和输入电阻Ri变化对霍尔输出的电压UH的影响
（b）在输出回路中进行温度补偿，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔电压UH和输出电阻Ro 变化对负载电阻RL上的电压UL的影响
在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠近，以使二者温度变化一致。
（二）.霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如下图 (a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成如图（C）。 在电路中霍尔元件可用三种符号表示，如图(b)所示。
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1879年美国物理学家霍尔发现：在通有电流的金属板上加一个强磁场，当电路流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面之间出现电动势，这种现象就称为霍尔效益，这个电动势差称为霍尔电动势。（置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势, 这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。） 其原理可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力解释。 图 5 – 1（a） 所示, 在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板, 导电板通以电流I, 方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动。此时, 每个电子受洛仑磁力fL的作用，fL大小 ： fL =eBv 式中: e——电子电荷; v——电子运动平均速度; B——磁场的磁感应强度。
二、霍尔元件的主要特性
1） 额定激励电流和最大允许激励电流
（b）在输出回路中进行温度补偿，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔电压UH和输出电阻Ro 变化对负载电阻RL上的电压UL的影响
在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠近，以使二者温度变化一致。
（二）.霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如下图 (a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成如图（C）。 在电路中霍尔元件可用三种符号表示，如图(b)所示。
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1879年美国物理学家霍尔发现：在通有电流的金属板上加一个强磁场，当电路流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面之间出现电动势，这种现象就称为霍尔效益，这个电动势差称为霍尔电动势。（置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势, 这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。） 其原理可用带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力解释。 图 5 – 1（a） 所示, 在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板, 导电板通以电流I, 方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动。此时, 每个电子受洛仑磁力fL的作用，fL大小 ： fL =eBv 式中: e——电子电荷; v——电子运动平均速度; B——磁场的磁感应强度。
二、霍尔元件的主要特性
1） 额定激励电流和最大允许激励电流
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另外，霍尔电极和激励电极的引线布置不合理，也会产生 零位误差，也需予以注意。
（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
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。
1
2
1
1′ 1
H
1′
1
2
2′
2′
2
1、 1′—激 励 电极 ； 2、 2′—霍 尔 电极
KH=KH0(1+αΔT)
（0）
式中： KH0——温度T0时的KH值； ΔT=T-T0——温度变化量； α——霍尔电势温度系数。
大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电势随 温度升高而增加αΔT倍。但如果同时让激励电流Is相应地减小， 并能保持KH·IH乘积不变，也就抵消了灵敏系数KH增加的影响。 图5-10就是按此思路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补 偿电路。
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
当温度升至T时，电路中各参数变为：
Ri Ri0(1T) Rp Rp0(1T)
式中：δ——霍尔元件输入电阻
温度系数； Is β——分流电阻温度系数。
a.恒压工作
恒压条件下性能不好的 主要原因：
恒压工作的控制电流：
Ic
UC R sr
输入电阻随温度变化
UH RHdIBKHIB
b.恒流工作
UH RHdIBKHIB
由于输入电阻的温度系数大， 偏移电压的影响更为严重
c.差分放大
需要差分放大的原因： ➢霍尔元件的输出电压低，需要放大 ➢去除同相电压，需要差分
Ip
IH
Rp
Is
UH
图5-10 恒流温度补偿电路
在图5-10所示的温度补偿电路中，设初始温度为T0，霍 尔元件输入电阻为Ri0，灵敏系数为KH0，分流电阻为Rp0，根
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
（1）
IpRp0 IH Ri0
Ip0 IH
Is
Is
Ip
IH
Rp UH
图5-10 恒流温度补偿电路
图 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
(四)基本电路
霍尔元件的基本电路
在实际应用中，霍尔 元件可以在恒压或恒流条 件下工作。
第五章第2节霍尔传感器介 绍
一、工作原理与特性 （一）霍尔效应
通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
Ｂ
－－－
－ －－
I
+
+
+
+
+
+
b
+&+
d UH
霍尔效应原理图
b d
B
－ － －－ － － － －
fl
fE
EH I
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋
l
设霍尔片的长度为l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀 的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它 受到洛仑兹力
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大，其差表现为偏移电压。
C1,C2漏电流相等
二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
u0(R R3 4)1(2R R12)U (bUa)
Ua
R3
R4
R3
Ub
R4
A1、A2二个同相放大器组成差动式放大电路，输入信号加在 A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高 输入阻抗。 功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
a) 两电极点不在同一等位面上 b) 等位面歪斜
一般要求U0＜lmV。除了工艺上采取措施降低U0外, 还需 采用补偿电路加以补偿。由于霍尔元件可等效为一个四臂电 桥，如图5-9a所示，因此可在某一桥臂上并上一定电阻而将 U0降到最小，甚至为零。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
图5-9b中给出了几种常用的不等位电动势的补偿电路， 其中不对称补偿简单，而对称补偿温度稳定性好 。
霍尔元件的零位误差包括不等位电动势、寄生直流电动 势等。
二、霍尔元件的误差及其补偿 1. 不等位电动势U0及其补偿
不等位电动势是零位误差中最主要的一种。当霍尔元件在 额定控制电流(元件在空气中温升10℃所对应的电流)作用下， 不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电势，称为不等位电动 势U0。
U0产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极 对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等 位面上，如图5-8a所示。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不 均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，致使两霍尔电 极不在同一等位面上而产生不等位电动势。
（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
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。
1
2
1
1′ 1
H
1′
1
2
2′
2′
2
1、 1′—激 励 电极 ； 2、 2′—霍 尔 电极
KH=KH0(1+αΔT)
（0）
式中： KH0——温度T0时的KH值； ΔT=T-T0——温度变化量； α——霍尔电势温度系数。
大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电势随 温度升高而增加αΔT倍。但如果同时让激励电流Is相应地减小， 并能保持KH·IH乘积不变，也就抵消了灵敏系数KH增加的影响。 图5-10就是按此思路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补 偿电路。
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
当温度升至T时，电路中各参数变为：
Ri Ri0(1T) Rp Rp0(1T)
式中：δ——霍尔元件输入电阻
温度系数； Is β——分流电阻温度系数。
a.恒压工作
恒压条件下性能不好的 主要原因：
恒压工作的控制电流：
Ic
UC R sr
输入电阻随温度变化
UH RHdIBKHIB
b.恒流工作
UH RHdIBKHIB
由于输入电阻的温度系数大， 偏移电压的影响更为严重
c.差分放大
需要差分放大的原因： ➢霍尔元件的输出电压低，需要放大 ➢去除同相电压，需要差分
Ip
IH
Rp
Is
UH
图5-10 恒流温度补偿电路
在图5-10所示的温度补偿电路中，设初始温度为T0，霍 尔元件输入电阻为Ri0，灵敏系数为KH0，分流电阻为Rp0，根
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
（1）
IpRp0 IH Ri0
Ip0 IH
Is
Is
Ip
IH
Rp UH
图5-10 恒流温度补偿电路
图 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
(四)基本电路
霍尔元件的基本电路
在实际应用中，霍尔 元件可以在恒压或恒流条 件下工作。
第五章第2节霍尔传感器介 绍
一、工作原理与特性 （一）霍尔效应
通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
Ｂ
－－－
－ －－
I
+
+
+
+
+
+
b
+&+
d UH
霍尔效应原理图
b d
B
－ － －－ － － － －
fl
fE
EH I
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋
l
设霍尔片的长度为l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀 的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它 受到洛仑兹力
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大，其差表现为偏移电压。
C1,C2漏电流相等
二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
u0(R R3 4)1(2R R12)U (bUa)
Ua
R3
R4
R3
Ub
R4
A1、A2二个同相放大器组成差动式放大电路，输入信号加在 A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高 输入阻抗。 功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
a) 两电极点不在同一等位面上 b) 等位面歪斜
一般要求U0＜lmV。除了工艺上采取措施降低U0外, 还需 采用补偿电路加以补偿。由于霍尔元件可等效为一个四臂电 桥，如图5-9a所示，因此可在某一桥臂上并上一定电阻而将 U0降到最小，甚至为零。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
图5-9b中给出了几种常用的不等位电动势的补偿电路， 其中不对称补偿简单，而对称补偿温度稳定性好 。
霍尔元件的零位误差包括不等位电动势、寄生直流电动 势等。
二、霍尔元件的误差及其补偿 1. 不等位电动势U0及其补偿
不等位电动势是零位误差中最主要的一种。当霍尔元件在 额定控制电流(元件在空气中温升10℃所对应的电流)作用下， 不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电势，称为不等位电动 势U0。
U0产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极 对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等 位面上，如图5-8a所示。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不 均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，致使两霍尔电 极不在同一等位面上而产生不等位电动势。