霍尔开关传感器原理图
霍尔传感器
HT-1型 InSb
HT-2型 InSb
·cm 0.8～1.2
0.8～1.2
0.8～1.2
0.4～0.5
0.003～0.01 0.003～0.05
L×b ×d
mm3
Ri
8×4×0.2 110±20%
Ru
100±20%
KH
mV/(m A·T)
>12
ro
<0.07
4×2×0.2 8×4×0.2 8×4×0.2 110±20% 110±20% 45±20% 100±20% 100±20% 40±20%
精品课件
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7. 3 霍尔传感器的应用电路
霍尔元件具有结构简单、体积小、质量轻、频带宽、 动态性能好和寿命长等许多优点，因而得到广泛应 用。
找到一个不等位电势的补偿方法。 可以把霍尔元件视为一个4臂电阻电桥
R2
R4
R3
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7. 2 霍尔传感器的测量电路和误差 分析
这样不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。
理想情况下，不等位电势为零，即电桥平衡，相当于 R1=R2=R3=R4
所有能够使电桥达到平衡的方法均可用于补偿不等位电势， 使不等位电势为零。
实际使用中由于
(a)两个霍尔电极安装不对称或不在同一等电位面上
(b)半导体材料的电阻率或几何尺寸不均匀
(c)控制地电路接触不良等原因
使得当 I ≠ 0，B=0时，EH ≠ 0。此时，EH 值定义为不等位 电势 EM 。
不等位电势 EM 与额定控制电流 IC 之比，称为不等位电阻
RM :
EM R M
由：KH0I=KHtI' 可推出：
R
霍尔传感器原理
霍尔传感器原理功能与简介：当⼀块通有电流的⾦属或半导体薄⽚垂直地放在磁场中时，薄⽚的两端就会产⽣电位差，这种现象就称为霍尔效应。
两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d 其中K为霍尔系数，I为薄⽚中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈⼒Lorrentz）的磁感应强度，d是薄⽚的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度⾼低与外加磁场的磁感应强度成正⽐的关系。
霍尔传感器的外形图和与磁场的作⽤关系如右图所⽰。
磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使⽤。
霍尔传感器检测转速⽰意图如下。
在⾮磁材料的圆盘边上粘贴⼀块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。
圆盘每转动⼀圈，霍尔传感器便输出⼀个脉冲。
通过单⽚机测量产⽣脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。
备注：当没有信号产⽣时，可以改变⼀下磁钢的⽅向，霍尔对磁钢⽅向有要求。
没有磁钢时输出⾼电平，有磁钢时输出低电平。
接线图：测速原理图：产品图⽚和管脚图：黄长贵(德⼒西变频器)摘要：本⽂介绍了霍尔电流传感器在通⽤变频器中的作⽤，分析了设置传感器的类型、⽅式、⽬的和需求，并介绍了传感器的⼯作原理及作⽤。
关键词：霍尔电流传感器、变频器。
引⾔现今，新型功率半导体器件进⼊电⼒电⼦领域后，交流变频调速、逆变装置、开关电源等⽇渐普及，原有的电流、电压检出元件，已不适应中⾼频的电流波形的检测。
为了⾃动检测和显⽰电流，并在过流、过压等危害情况发⽣时具有⾃动保护和更⾼级的智能控制，就必须使⽤具有⾼速度，⾼精度的检测、采样和保护的霍尔电流传感器。
霍尔电流传感器模块，是近⼗⼏年发展起来的测量控制电流、电压的新⼀代⼯业⽤电量传感器。
1、变频器的基本⼯作原理及结构本⽂所述的变频器是指适⽤于⼯业通⽤电机和变频电机的普通通⽤变频器。
此类变频器由于⼯业领域的⼴泛使⽤已成为变频器的主流。
⼀般异步电机转速与同步转速存在⼀个滑差关系，调速的⽅法可改变电机定⼦频率f、电机定⼦的绕组极对数P、转差率S其中任意⼀种达到，对异步电机最好的⽅法是改变频率f，实现调速控制。
霍尔效应原理图
RL R0
RL R0
对于一个确定的霍尔元件，可以方 便地获得α、β和R0的值，因此只要使 负载电阻RL满足上式，就可在输出回路 实现对温度误差的补偿了。虽然RL通常 是放大器的输入电阻或表头内阻，其值 是一定的，但可通过串、并联电阻来调 整RL的值。
（三）采用热敏元件
❖ 对于由温度系数较 大的半导体材料 （如锑化铟）制成 的霍尔元件，常采 用右图所示的温度 补偿电路，图中Rt 是热敏元件（热电 阻或热敏电阻）。
电位面上。如下图(a)所示。当控制电流I流过时，
即使末加外磁场，A、B两电极此时仍存在电位差，
此电位差被称为不等位电势（不平衡电势）UH。
6、霍尔电势温度系数α
在一定的磁感应强度和控制电 流下，温度变化1℃时，霍尔电势 变化的百分率称为霍尔电势温度
系数α，单位为1／℃。
第三节 霍尔元件的测量电路
U L U L U H (1 T )R LR 0 R (1 L T )
式中 α—霍尔电势的温度系数； β—霍尔元件输出电阻的温度系数。
要使UL不受温度变化的影响，即ΔUL＝0，由 上两式可知，必须
U HR L R L R 0 U H (1 T )R L R 0 R (1 L T )
❖ 图（a）是在输入回 路进行温度补偿电 路，当温度变化时， 用Rt的变化来抵消 霍尔元件的乘积灵 敏度KH和输入电阻 Ri变化对霍尔输出 电势UH的影响。
• 图（b）则是在输 出回路进行温度补偿 的电路，当温度变化 时，用Rt的变化来抵 消霍尔电势UH和输出 电阻R0变化对负载电 阻RL上的电压UL的影 响。 在安装测量电路
UH
RH
IB d
RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。 由于金属导体内的载流子浓度大于半导 体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔 系数大于导体。
霍尔电流传感器工作原理及功耗计算方式
霍尔电流传感器工作原理及功耗计算方式霍尔电流传感器工作原理从工作原理上，霍尔电流传感器可以分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。
霍尔开环电流传感器图1霍尔开环电压传感器的工作原理霍尔传感器的磁芯使用软磁材料，原边电流产生磁场通过磁芯聚磁，在磁芯切开一个均匀的切口，磁芯气隙处磁感应强度与原边电流成正比，霍尔元件两端感应到的霍尔电压的大小与原边电流及流过霍尔元件电流的乘积成正比，霍尔电压经过放大后作为传感器的输出。
其输出关系式满足：VOUT=K*IP*IHall其中K为固定的常数，其大小通常与磁芯的尺寸，材料性质，气隙开口的宽度，以及处理电路的放大倍数有关。
●霍尔闭环电流传感器的工作原理：闭环电流传感器在开环的基础上增加了反馈线圈，霍尔元件两端感应到的霍尔电流经过放大后控制后端的三极管电路产生补偿电流，补偿电路流过缠绕在磁芯上的线圈，产生的磁场与原边电流产生的磁场方向相反，当磁芯气隙处的磁场强度补偿为0时，传感器的输出满足IS=IP/KN,其中KN为补偿线圈的匝数。
图2霍尔闭环电压传感器的工作原理传感器的功耗计算●开环电流传感器的功耗计算对于开环电流传感器，因为其输出信号为电压，所以其功耗相对较为稳定。
通常霍尔电流传感器的电流设计为采用正负电源供电，其额定输出电压一般为几伏，一般不超过10伏。
输出端对负载的要求一般为大于10KOmega;，所以流过负载的电流一般小于1个mA。
通常开环传感器的电流消耗小于15mA。
电流消耗主要是霍尔元件消耗的电流，流入霍尔元件两端的电流通常要求小于20mA，LEM的产品霍尔电流通常在10mA左右。
另外在调压支路还有几mA 的电流消耗。
这样开环传感器的电流消耗可以维持在十几mA的水平内，通常说明书上标的都是不超过15mA。
●闭环电流传感器的功耗计算闭环传感器输出信号为电流，其功耗相对于开环传感器多很多，下面以LF205-S为例来分析闭环电流传感器的电流消耗。
图3为LF205-S的原理示意图4为LF205-S原理图从图中可以看出闭环电流传感器的主要电路包括几部分：首先是霍尔元件的驱动电路，传感器可以测量准确的前提是首先要给霍尔元件提供一个稳定的电流，通常在10mA左右。
6.霍尔传感器
5.3.4 霍尔元件误差及补偿
1. 不等位电势误差的补偿 2. 温度误差及其补偿
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1. 不等位电势误差的补偿
可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等 位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。
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电势的补偿电路 对称电路
当温度变化时，补偿的稳定性要好些
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图6-6 磁敏二极管的结构
若给磁敏二极管外加一个磁场B，在正向 磁场的作用下，空穴和电子受洛仑兹力的作 用偏向r区，如图10-7(b)所示。
由于空穴和电子在r区的复合速率大，此 时磁敏二极管正向电流减小，电阻增大。 当在磁敏二极管上加一个反向磁场B时， 载流子在洛仑磁力的作用下，均偏离复合区r， 见图6-7(c)所示。
为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足: 升温前、后的霍尔电势不变，
U H 0 K H 0 I 20 B U H K H I 2 B
K H 0 I 20 K H I 2
KH0 RP 0 RP 0 (1 T ) I s K H 0 (1 T ) IS RP 0 Ri 0 RP 0 (1 T ) Ri 0 (1 T )
霍尔元件的主要特性参数：
(1) 输入电阻和输出电阻
输入电阻：控制电极间的电阻
输出电阻：霍尔电极之间的电阻
(2) 额定控制电流和最大允许控制电流
额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其 本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电 流值 最大允许控制电流：以元件允许的最大温升 限制所对 应的控制电流值
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1. 微位移和压力的测量
第八章霍尔传感器-PPT课件
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温度误差及其补偿
温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温
度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移 率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数， 如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生 变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
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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 将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-8) (9-9) (9-10) (9-11)
(9-12)
(9-13,14)
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2．选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
移动距离与输出关系
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2．霍尔开关集成器件 常用的霍尔开关集成器件有UGN3000系列，
其外形与UGN3501T相同。
+
霍尔开关集成器件 (a) 内部结构框图；（b）工作特性；（c）工作电路；（d）锁定型器件工作特性
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第三节 霍尔传感器应用
霍尔电势是关于I、B、θ 三个变量的函数，即 E=kIBcosθ ，人们利用这个关系可以使其中两个变量 不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、 其余两个量都作为变量。三个变量的多种组合使得霍 尔传感器具有非常广阔的应用领域。霍尔传感器由于 结构简单、尺寸小、无触点、动态特性好、寿命长等 特点，因而得到了广泛应用。如磁感应强度、电流、 电功率等参数的检测都可以选用霍尔器件。它特别适 合于大电流、微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场 参数的测量。此外，也可用于位移、加速度、转速等 参数的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主 要有下列三个方面的用途：
霍尔传感器工作原理 霍尔传感器电路图
佛山职业技术学院实训报告课程名称传感器及应用报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术班级08152姓名陈红杰学号31二0一0年六月佛山职业技术学院《传感器及应用》霍尔传感器制作实训报告班级08152 学号31姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与指导老师张教雄谢应然调试一、实验目的与要求：1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。
2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。
二、实验仪器、设备与材料：1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）：2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。
3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：霍尔传感器原理图：霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119，三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输入运放TL082和输出级组成。
在外磁场的作用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路输出管导通，输出低电平TL082是一通用的J-FET双运用算放大器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电流，输出没有短路保护，输入级具有较高的输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压摆率。
最大工作电压为18V。
TL082是霍尔传感器的核心处理部位。
（CON2接口对应霍尔元件THS119）霍尔元件THS119封装图印刷板：3211221212121212121212121214321123487653213211232112121212直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。
霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。
在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。
整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。
霍尔传感器、磁传感器原理图PCB图及例程
霍尔传感器、磁传感器原理图PCB图及例程————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：霍尔传感器使用说明书简要说明：一、长尺寸：32mm X宽11mm X高20mm二、主要芯片：LM393、3144霍尔传感器三、工作电压：直流5伏四、特点：1、具有信号输出指示。
2、单路信号输出。
3、输出有效信号为低电平。
4、灵敏度可调（精调）。
5、有磁场切割就有信号输出6、电路板输出开关量！(可直接接单片机)7、可用于电机测速/位置检测等场合适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。
【图片展示】【与单片机连接测试程序】/********************************************************************汇诚科技实现功能:此版配套测试程序使用芯片：AT89S52晶振：11.0592MHZ波特率：9600编译环境：Keil作者：zhangxinchun淘宝店：汇诚科技【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！*********************************************************************/ /******************************************************************** 说明：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平*********************************************************************/ #include<reg52.h> //库文件#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型#define uint unsigned int //宏定义无符号整型/********************************************************************I/O定义*********************************************************************/ sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位（即P1.0）为指示端sbit DOUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位（即P2.0）为传感器的输入端/********************************************************************延时函数*********************************************************************/ void delay()//延时程序{uchar m,n,s;for(m=20;m>0;m--)for(n=20;n>0;n--)for(s=248;s>0;s--);}/********************************************************************主函数*********************************************************************/ void main(){while(1) //无限循环{LED=1; //熄灭P1.0口灯if(DOUT==0)//当浓度高于设定值时，执行条件函数{delay();//延时抗干扰if(DOUT==0)//确定浓度高于设定值时，执行条件函数{LED=0; //点亮P1.0口灯}}}}/********************************************************************结束*********************************************************************/【与单片机连接测速参考程序】/********************************************************************汇诚科技实现功能: 电机转速表设计使用芯片：AT89S52晶振：11.0592MHZ波特率：9600编译环境：Keil作者：zhangxinchun【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！#include<reg52.h> //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚unsigned char code digit[ ]={"0123456789"}; //定义字符数组显示数字unsigned int v; //储存电机转速unsigned char count; //储存定时器T0中断次数bit flag; //计满1秒钟标志位/*****************************************************函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒***************************************************/void delay1ms(){unsigned char i,j;for(i=0;i<10;i++)for(j=0;j<33;j++);}/*****************************************************函数功能：延时若干毫秒入口参数：n***************************************************/void delay(unsigned char n){unsigned char i;for(i=0;i<n;i++)delay1ms();}/*****************************************************函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。
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.。
霍尔传感器的工作原理及应用页PPT文档
半导体薄片称霍尔元件
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霍尔效应原理
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UH
RH
IB d
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载流子受洛仑兹力 Fe B
霍尔电场强度 平衡状态
EH
UH b
eEH evB
EH vB
因为
I nbvde
电子运动平均速度 v I bdne
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霍尔电势
UH
1 IB ne d
为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足: 升温前、后的霍尔电势不变，
U H 0 K H 0 I2B 0 U H K H I2 B
KH0I20KHI2
K H 0 R P 0 R P 0 R i0 I s K H 0 ( 1 T ) R P 0 ( 1 R P 0 T ( 1 ) R i0 T ( 1 ) T ) I S
不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻
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(4) 寄生直流电势 霍尔元件零位误差的一部分 当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，
霍尔电极的输出有一个直流电势 控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆
接触时，会产生整流效应。 两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不
经整理，忽略 T 2 高次项后得
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RP0 Ri0
R i0
当霍尔元件选定后，它的输入电阻 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（ R i0 可以测量出来），用上式即可计算 出分流电阻 R p 0 及所需的分流电阻温度系数 值。
霍尔传感器(精)
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+α t) ] RL/[Rv0(1+β t)+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
即
v I nqbd
(6-2-5)
将式（6-2-5）代入式（6-2-3），得到
UH
1 nqd
IB
RH
IB d
K H IB
(6-2-6)
式中RH为霍尔系数，它反映材料霍尔效应的强弱，RH
1 nq
；
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
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
Pi
I 2R
I2
l
bd
(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Δ T，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
Pm
I
2 cm
l bd
2 AlbT
(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
Icm b 2AdT / (6-2-11)
3.2 霍尔传感器
霍尔元件
9
霍尔线性集成霍尔传感器
三、霍尔元件的主要特性参数
(1) 输入电阻和输出电阻
输入电阻：控制电极间的电阻 输出电阻：霍尔电极之间的电阻 (2) 额定控制电流和最大允许控制电流
额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值 最大允许控制电流：元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值
20
开关型霍尔集成电路的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
施密特触 发电路
OC门
.
双端输入、 单端输出运放
21
七、霍尔传感器的应用
1 、当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中， 传感器的输出正比于磁感应强度。因此，对于凡能转 换为磁感应强度的量都能进行测量，如磁场、位移、 角度、转速、加速度等测量。 2 、当磁场不变时，传感器的输出值正比于控制电流 值。因此，凡能转换成电流变化的各量，均能进行测 量。 3 、传感器输出值正比于磁感应强度和控制电路之积， 可用于乘法、功率等方面的计算。
22
1. 微位移和压力的测量
测量原理： 霍尔电势与磁感应强度成正比，若磁感应强 度是位置的函数，则霍尔电势的大小就可以 用来反映霍尔元件的位置。 应用： 位移测量、力、压力、应变、机械振动、加 速度
23
微位移测量
霍尔式压力传感器
1. 弹簧管 2. 磁铁 3. 霍尔片
25
2. 磁场的测量
2. 放大电路
霍尔元件输出端接NPN型三 极管VT1和VT2上，VT1和VT2 接成射极跟随器方式，对霍 尔元件的阻抗进行变换，以 便与后级信号处理。
特点：霍尔元件的输出端几乎不流经电流，可获得较大的 霍尔输出电压，减小波形失真，有利于后级电路设计。
《开关型霍尔传感器》课件
建议
针对不同的应用场景和需求，选择合适的开关型霍尔传 感器型号和规格，并严格按照使用说明进行安装和使用 。同时，加强传感器的维护和保养，定期检查其工作状 态和性能指标，以保证其长期稳定的工作。此外，加强 与相关领域的合作与交流，不断探索新的应用领域和市 场需求，推动开关型霍尔传感器的技术创新和应用拓展 。
温度稳定性
总结词
表示传感器在温度变化下性能稳定性的指标。
详细描述
开关型霍尔传感器的温度稳定性较好，能够在较宽的温度范围内保持稳定的性能。温度稳定性对于工 业控制、汽车电子等领域尤为重要，因为这些领域中的传感器常常需要面对复杂多变的环境温度。
响应时间
总结词
表示传感器对输入变化做出响应所需的时间。
详细描述
智能家居与健康产业的崛起
随着智能家居和健康产业的快速发展，开关型霍尔传感器 在智能家居设备、健康监测设备等领域的应用逐渐增多， 市场潜力巨大。
对未来发展的建议与展望
01
02
03
加强产学研合作
鼓励企业与高校、研究机 构加强合作，共同开展技 术研究和产品开发，推动 技术创新和产业升级。
拓展应用领域
积极开拓新的应用领域， 如物联网、智能穿戴设备 等，为开关型霍尔传感器 的发展提供更多机会。
在智能家居中的应用
总结词
智能家居中，开关型霍尔传感器主要用于智能门窗、 智能照明、智能空调等系统中，实现智能化控制和节 能。
详细描述
在智能门窗中，开关型霍尔传感器可以检测门窗的开启 和关闭状态，并将信号传递给智能控制器。智能控制器 根据接收到的信号控制门窗的自动开闭和防盗报警等功 能的实现。在智能照明中，开关型霍尔传感器可以检测 到人体的接近程度和运动状态，自动调节灯光亮度和开 关状态，实现节能环保。在智能空调中，开关型霍尔传 感器可以检测室内温度和湿度，自动调节空调的运行状 态，实现舒适和节能的室内环境。