磁敏式传感器介绍

小，单位是mV/（mA·T）。
1 K H nqd
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，即在单位电场强度作用下，载流子的平均 速度值。即 v
EI
v

EI

U
l
所以
UH

vbB

U
l
bB
而
UH
RH
IB d

RH B U dR
RH B d
U
l

RH BUb
2 测量电路 （a）基本测量电路
W E
RL
UH
W1
W2
~
UH
UH
（b）直流供电输出方式（c）交流供电输出方式
1.3 霍尔元件的技术参数
1.额定功耗P0 在环境温度25℃时，允许通过霍尔元件的电流和电压 的乘积。
2.输入电阻Ri和输出电阻RO Ri是指控制电流极之间的电阻值。 R0指霍尔元件电极间的电阻。 Ri 、R0可以在无磁场时用欧姆表等测量。
UHt UH
（a）基本电路
（b）等效电路
元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为：
RH t RH 0 1 t
Rit Ri0 1 t
由图7-7可知：
E It R Rit
则霍尔电压随温度变化的关系式为：
1 霍尔传感器 1.1 霍尔效应
1 霍尔传感器 1.1 霍尔效应
研究表明，半导体材料也具有霍尔效应。 机理：半导体中的自由电荷在磁场中受到洛伦兹力作用而产生的。
控制电极（输入电极） 控制电流（输入电流） 霍尔电极（输出电压） 霍尔电压（输出电压）
b
FE
B
FL v
l
d
I UH 图7-1 霍尔效应
设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时
磁敏式传感器介绍
内容
1 霍尔传感器 2 集成霍尔传感器 3 磁敏电阻器 4 磁敏二极管和磁敏三极管 5 磁敏式传感器的应用
1 霍尔传感器 1.1 霍尔效应
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，这一现象就是霍尔效应。
这个电势差也被称为霍尔电势差（压）。 利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。
即： 或： 6.灵敏度
（Rit Rio ) / Rio
t
Rit Rio (1 t )
ROt ROo (1 t )
K H RH / d
减小d ;
选好的半导体材料
霍尔元件的主要技术参数
型号
EA218 FA24 VHG-110 AG1 MF07FZZ MF19FZZ MH07FZZ MH19FZZ KH-400A
3.不平衡电势U0
在额定控制电流I下，不加磁场时霍尔电极 间的空载霍尔电势。
4.霍尔温度系数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。
即：
（U Ht U Ho ) /U Ho
t
U Ht U Ho (1 t)
5.内阻温度系数β
霍尔元件在无磁场及工作温度范围内，温度每变化1℃ 时，输入电阻与输出电阻变化的百分率。
FL = qvB
(7-1)
当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有
qEH=qvB
故霍尔电场的强度为
EH=vB
（7-2）
B
bF F Lv
E
l
d I
U
H
所以，霍尔电压UH可表示为 UH = EH b = vBb (7-3)
流过霍尔元件的电流为 I = dQ / dt = bdvnq
得：
v =I / nqbd
l
比较得
RH
bd
或 RH
(7 - 12)
结论：
① 如果是P型半导体，其载流子是空穴，若空穴浓度为p，
同理可得
IB U H ped
② 霍尔电压UH与材料的性质有关。 RH
③ 霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
KH

RH d
U
U H vbB l bB
另外通常还要对其形状效应修正 UH=RH BIf(L/b)/d
A
A
图7-4 不等位电势
图7-5 霍尔元件的等效电路
A
C
D
W
R1 C
B
A R2 D
R3
R4
B
W （a）
几种常用补偿方法
A
C
D
B
W
A
R1
R2
C
D
A
C
D
(b)
B
W
A
R1
R2
C
D
R3
R4
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（b）
W （c）
R3
R4
B
W
2. 温度误差及补偿
(1)利用输入回路串联电阻进行补偿
I
I
R
R
Ri(t)
E
UH
E
RO(t)
(7-4)
所以： UH = BI / nqd
若取 RH = 1 / nq 则
UH

RH
IB d
RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半 导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。
设
KH

RH d
U H K H IB
KH即为霍尔元件的灵敏度，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
50-1100
不等 位电 势 (mV)
<0.5
<1 <VH 的 20%
_
±10
±10
±10
±10
10
VH 温 度系 数(%/ ℃)
0.1 0.07
-0.05
-0.02 -2 -2
-0.3 -0.3 <-0.3
1.4 霍尔元件的测量误差和补偿
1. 零位误差及补偿方法
B
R1 B
R2
C U0
D
C
I
R3
D R44
输入 电阻 (Ω )
3 6.5
200-800
40 8-60 8-60 80-400 80-400 240-550
输出 电阻 (Ω )
1.5 2.4
200-800
30 8-65 8-65 80-430 80-430 50-110
灵敏度 (mV/m A.T)
> 0.35 >0.75
30-220
>2.5 _ _ _ _
材料
InAs InAsP GaAs
Ge InSb InSb InSb InSb InSb
控制 电流 (mA)
100 100
5
20max 10 10 1V 1V 5
霍尔 电压 (mV, 0.1T)
> 8.5 > 13
5 -10
>5 40-290 80-600 80-120 150-250 250-550
L/b 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 f(L/b) 0.370 0.675 0.841 0.923 0.967 0.984 0.996
④ 霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。
1.2 霍尔元件的构造及测量电路 1构造
霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为 4mm×2mm×0.1mm)，它的长度方向两端面上焊有a、 b两根引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极； 在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d 两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为 霍尔电极。