线性集成霍尔传感器
集成霍尔电流传感器
集成霍尔电流传感器
集成霍尔电流传感器是一种用于测量电流值的特殊传感器，它可以将电流转换成数字信号，便于传输、记录和处理。
它具有极高的精度、最高的分辨率和很低的噪声水平，并且具有小尺寸、低功耗等优势。
因此，集成霍尔电流传感器也被广泛应用于汽车、家用电器、农业、医疗等领域。
可以将集成霍尔电流传感器分为三类：线性霍尔电流传感器、模拟霍尔电流传感器和数字霍尔电流传感器。
首先，线性霍尔电流传感器以恒定的输出系数线性输出电流量，它主要用在测量大电流、中小电流以及微弱电流的应用领域中。
它拥有极高的分辨率，可以探测出微弱的电流变化，而且它的输出受到电流负载的影响较小，性能稳定。
其次，模拟霍尔电流传感器实现了模拟信号的顺利输出，可以直接将电流转换成模拟信号输出，它的输出分辨率也相对较高，而且受电流负载的影响较小，性能稳定，具有广泛的应用前景。
最后，数字霍尔电流传感器通过数字方式将电流信号转换成数字信号，它的精度比模拟霍尔电流传感器更高，它无需外界电压，可以在包括脉冲到可调电压在内的多种数字电源下工作，性能更加稳定，对输入电流负载也更加稳定，输出精度也更高。
集成霍尔电流传感器的优势在于具有小尺寸、低功耗和高精度等特点，它可以将电流转换成数字信号，方便传输、记录和处理，因此它在汽车、家用电器、农业、医疗等领域被广泛应用。
目前，集成霍
尔电流传感器已经成为现代电力行业和能源管理过程中不可缺少的重要组件。
它可以将电流测量准确地传输到仪器和设备，从而实现节能效果，改善能源效率。
未来，随着技术的发展，集成霍尔电流传感器将继续发挥其重要的作用，助力社会的发展，在汽车、家用电器、农业、医疗等领域越来越受重视，并可以更好地为消费者服务。
霍尔传感器
第八章霍尔传感器第二讲霍尔集成传感器和霍尔传感器的应用教学目的要求：1.理解霍尔开关和霍尔线性集成传感器的原理和结构。
2.理解霍尔传感器的实际应用。
教学重点：霍尔传感器的实际应用教学难点：霍尔开关和霍尔线性集成传感器的原理教学学时：2学时教学内容：一、霍尔集成传感器1.霍尔开关集成传感器1）．工作原理霍尔开关集成传感器是以硅为材料，利用平面工艺制造而成的。
由于N型硅的外延层（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为矩形脉冲，实现A/D转换。
（4）输出管：由一个或两个三极管组成，采用单管或双管集电极开路输出，集电极输出的优点是可以跟很多类型的电路直接连接，使用方便。
（5）电源电路：包括稳压电路和恒流电路，设置稳压和恒流电路的目的，一方面是为了改善霍尔传感器的温度性能，另一方面可以大大提高集成霍尔传感器工作电源电压的适用范围。
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B 滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的：（2输出高电平导通电源电流I CCL等参数。
2. 霍尔线性集成传感器线性集成霍尔传感器是将霍尔器件、放大电路、电压调整电路、电流放大输出级、失U随外加磁感应强度B呈调调整和线性度调整部分集成在一块芯片上，其特点是输出电压o线性变化。
霍尔线性集成传感器分单端输出和双端输出两种，它们的结构如图8-12（a）、（b）所示。
二、 霍尔传感器的应用由于霍尔传感器具有在静态状态下感受磁场的独特能力，而且它具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽（从直流到微波）、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在测量技术，自动化技术和信息处理等方面有着广泛应用。
归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途：（1）当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。
CC6511高性能单端输出线性霍尔传感器IC说明书
概述CC6511是一款高性能单端输出的线性霍尔传感器IC ，采用单端模拟输出方式，使得产品更易于使用，当磁场南极靠近丝印面，输出值降低。
该IC 采用先进的BiCMOS 制程生产，具有霍尔系数高的优点，芯片内部包含了高灵敏度霍尔传感器，霍尔信号预放大器，高精度的霍尔温度补偿单元，振荡器，动态失调消除电路和放大器输出模块CC6511采用了专利的霍尔温度补偿技术，产品可在-40~125°C 之间正常工作，且灵敏度变化很小。
在无磁场的情况下，IC 的静态输出为50% VCC 。
CC6511的线性输出范围宽，在电源电压5V 条件下，OUT 可以在0.5~4.5V 之间随磁场线性变化，信号线性输出范围4V ，信号输出强度较传统单端输出有了很大提升，同时能提高产品的抗干扰性能。
CC6511内部集成的动态失调消除电路使IC 的灵敏度，不受外界压力和IC 封装应力的影响。
CC6511内部斩波频率高达1MHz ，使得传感器的带宽高，响应速度快。
CC6511提供TO-92S 封装，工作温度范围-40~125°C 。
特性◆ 静态共模输出点为50% VCC ， ◆ 测量范围宽，线性度优于0.2%。
◆ 1MHz 斩波频率，高带宽，低噪声，全差分模拟输出 ◆ 低功耗，IC 静态工作电流为2.5mA◆温度稳定性好，内部采用了芯进专利的霍尔信号放大电路和温度补偿电路，工作环境温度为：-40~125°C 。
◆ 抗干扰能力强◆ 抗机械应力，磁参数不会因为受外界压力而偏移 ◆ESD (HBM) 6000V应用◆ 电流传感器 ◆ 磁编码器 ◆ 齿轮传感器 ◆ 位移测量 ◆ 舵机功能框图CC6511可编程线性霍尔传感器IC订购信息产品名称 封装外形 包装 CC6511TOTO-92S袋装，1000片/袋管脚定义TO-92S名称编号功能TO-94VCC 1 电源电压 GND 2 地 OUT3模拟输出极限参数参数符号 数值 单位 电源电压 V CC -0.3~6 V 输出电压 V OUT -0.3~VCC+0.3V 输出源电流 I OUT （SOURCE ） 400 uA 输出沉电流 I OUT （SINK ） 30 mA 工作环境温度 T A -40~125 °C 最大结温 T J 165 °C 存储环境温度 T S -55~150 °C 磁场强度 B 无限制 mT 静电保护ESD(HBM)6000V注意: 应用时不要超过最大额定值，以防止损坏。
霍尔传感器
2．线性集成霍尔传感器
线性集成霍尔传感器是由稳压器、霍尔元件及差分放大器等通过集成电路技术制成的传感 器，其输出电压与磁场强度在一定范围内为线性关系。线性集成霍尔传感器有单端输出和双端 输出（差动输出）两种形式，其内部结构如图3-11所示。
霍尔传感器具有微型化、可靠性高、寿命长、功耗低、无温漂及负载能力强等优点。 广泛用于汽车电子、电动自行车、家用电器等领域。
a、a 两根引线连接电源电压或电流，称为激励电极；b、b 两根引线为霍尔输出引线，称为霍尔电 极。
图3-6 霍尔元件及符号
2．霍尔元件的测量电路
霍尔元件的基本测量电路如图3-7所示。
霍尔元件的输出电压一般比较小，所以需要用放大电路将 其放大。为了获得较好的放大效果，通常采用差分放大电 路，如图3-8所示。
图3-11 线性集成霍尔传感器内部结构
（a）单端输出
（ b）双端输出
1.4 使用霍尔传感器的注意事项
（1）需要接负载且不能超负载工作。 （2）供电电压不能超出规格说明书中规定的范围，且电源电压极性不能反接。 （3）在使用和安装中应尽量减少机械应力，特别是器件的引脚，根部1 mm 范围内不允许施加任何机械应力（如弯曲、变形等）。 （4）要严格规范焊接时间和温度。 （5）霍尔传感器具有很强的抗外磁场干扰能力。 另外，在装配、焊接、使用及存储过程中要注意防静电。
1.5 应用实践——霍尔传感器在动感单车测速中的应用
1．实践目的
（1）了解霍尔传感器测速原理。 （2）能根据系统要求选择合适的传感器。
2．应用描述
动感单车是一种室内自行车训练、健身 器材，它的结构和普通自行车类似，包 括车把、车座、脚蹬和车轮几部分。动 感单车一般都具有速度、里程检测和显 示功能，用以作为训练者控制自身训练 效果的重要参考指标。
项目4霍尔传感器
霍尔元件材料：
1．锗(Ge) 输出小，但温度性能和线性度较好；
2．硅(Si) 线性度最好，但带负载能力较差，通常不作单
个霍尔元件； 3．砷化铟(InAs)
输出较大，受温度影响小，线性度较好，应用 较多； 4．锑化铟(InSb)
输出大，但受温度影响大（尤其是低温）
2) 测量电路
图中控制电流I由电源 UE供给，可以是直流电源 或交流电源，调节电阻RW 是用来调节控制电流I的大 小；RL是霍尔输出电压UH 的负载电阻，通常是放大
4、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。
(1) 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。
U0 UOH
UOL
B(L H)
B(H L) B
图6-2-7 输出电平U0与B的关系
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。
I H
和霍尔电压 V ，就可以根据下式 H
B V KI
H
H
求出磁感应强度B。
霍尔效型半导体材料制成的
霍尔元件。当沿X方向通以电流 I 后，载流子（对N型半 H
第七章霍尔传感器及应用
B
C U0
D I
A 图7-4 不等位电势
R1
B
R2
C R3
D RR44
A 图7-5 霍尔元件的等效电路
A
C
D
B
W
R1 C
A R2 D
几种常用补偿方法
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A
C
D
B
W
A
C
D
(b)
B
W
R1 C
A R2 D
R1 C
A R2 D
R3
R4
B
W （a）
R3 （b）
R4 B
W （c）
R3
R4
B
若取 RH = 1 / nq 则
IB UH RH d
RH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
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UHKHIB
KH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 尔电压的大小。单位是mV/（mA·T）
7.1 霍尔效应及霍尔元件 一、 霍尔效应
霍尔效应
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B
b FE
FL v
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d
I UH
l 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 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
结论：
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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
霍尔传感器
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成 某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强 度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos， 这时的霍尔电势为 EH=KHIBcos 式（3-3-2）
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正 比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随 之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔 电势为同频率的交变电势。
霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取 机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系 统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变 而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔 直、放大、整形后可以确定被测物的转速。
线性霍尔
N
S
磁铁
f n 60 Z
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
式中 K H
RH , RH 为霍尔系数 ， 与霍尔元件的材料有关 。 d
霍尔电动势EH与材料的性质有关。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，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。 霍尔电动势EH与元件的尺寸有关。 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，
图3-3-1霍尔元件
三、集成霍尔式传感器
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
1、线性集成霍尔传感器 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器 等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方 便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。
线性型霍尔特性
右图示出了具 有双端差动输出特 性的线性霍尔器件 的输出特性曲线。
UGN3501T／U,UGN350／M线性霍尔集成传感器及其应用
UGN3501T／U,UGN350／M线性霍尔集成传感器及其应
用
陈云岐
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】1991(000)003
【摘要】UGN3501T/U、UGN3501M 是美国 SPRAGUE 公司生产的一种集成化的敏感器件(国内上海半导体器件十六厂生产同类产品),它能检测磁信息,以及凡是可以变换成磁场信息的一切其他非磁信息,输出是线性的。
性能介绍
UGN3501T/UUGN3501T/U 可提供线性单端输出,其输出电压正比于感应的磁场强度。
磁敏元件与高增益放大器、电源稳压器集成于同一芯片,改良了传感器的输出噪声。
【总页数】4页(P46-49)
【作者】陈云岐
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.用集成霍尔传感器研究霍尔效应及测量螺线管磁场分布 [J], 陆申龙;焦丽凤
2.集成霍尔压力传感器的灵敏度和线性度 [J], 汪光纯;吴以勤
3.霍尔传感器综述以及对线性型集成器件UGN3501 和开关型集成器件的初步探
讨 [J], 隗嘉
4.集成线性霍尔传感器UGN3501T在磁感应强度测量中的应用 [J], 李耀;吴亚新
5.集成线性霍尔传感器的特性及应用 [J], 翟清
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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.。
霍尔传感器分类
霍尔传感器分类
霍尔传感器可以分为以下几类：
1. 线性霍尔传感器：线性霍尔传感器是一种检测磁场强度和位置的传感器，可以用来测量磁场的变化，从而确定位置和速度。
2. 旋转霍尔传感器：旋转霍尔传感器也是一种磁场传感器，能够检测旋转物体的角度和速度，并且可以在恶劣的环境下进行工作。
3. 数字霍尔传感器：数字霍尔传感器能够将磁场信号转换为数字信号，可以实现高精度、高可靠性的磁场检测。
4. 恒温霍尔传感器：恒温霍尔传感器具有恒定的灵敏度和零点漂移，可用于高精度测量。
5. 电流霍尔传感器：电流霍尔传感器主要用于检测电流的大小和方向，具有快速反应、高精度和低功耗等特点。
6. 继电器霍尔传感器：继电器霍尔传感器具有高速响应和长寿命等特点，可用于控制电机、开关、灯光等。
7. 车道霍尔传感器：车道霍尔传感器是一种用于车辆导航和车道保持的传感器，能够检测车辆相对于车道的位置和方向。
传感器原理3.1霍尔传感器
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个
品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器 件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各
种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作 基础。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量
轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ）， 耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
核
壳
韦根德线
韦根德传感器
2、韦根德效应原理
传感器中的双稳态功能合金材料在交变外磁场的激励下，磁化方向瞬间发生翻 转，而当外磁场撤离后，它又瞬间恢复到原有的磁化方向，由此在合金材料周围的 检测线圈中会感生出电脉冲信号，实现磁电转换。
3、韦根德传感器特点 韦根德磁敏传感器工作时无需提供外加电源。在一定的磁感 应强度的磁场的作用下，能输出幅度大于1伏特，脉宽在30 微秒左右的电压脉冲，可以直接或略经放大后驱动微处理 器。 韦根德磁敏传感器对触发信号所用的磁铁的运动速度没有要 求。在一定频率范围内，输出电压脉冲的幅度和宽度恒定， 可实现超低速检测。 韦根德磁敏传感器具有很宽的工作温区。在-196℃~+300℃ 的温度范围内，能输出幅度基本不变的电压脉冲。 韦根德模块与永磁体之间的工作距离大。当距离为15mm时， 输出幅度不低于1V。 韦根德磁敏传感器体积小，无触点，无抖动，耐腐蚀，工作 稳定且寿命长。
（5） 旋转传感器 按图所示的各种方法设置磁体，将它们和霍尔开关电路组
合起来可以构成各种旋转传感器。霍尔电路通电后，磁体每
经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲。
(a)径向磁极
(b)轴向磁极
(c)遮断式
（6） 实现电－磁－电的转换 众所周知,在有电流流过的导线周围会感生出磁场,该磁场与 流过的电流的关系,可由安培环路定理求出。 用霍尔器件检测 由电流感生的磁场,即可测出产生这个磁场的电流的量值。由 此,可以构成霍尔电流、电压传感器。 因为霍尔器件的输出电压与加在它上面的磁感应强度以及 流过其中的工作电流的乘积成比例，是一个具有乘法器功能 的器件，因而可用它检测电功率，构成具有各种特殊功能的 霍尔功率计和霍尔电度表。 由输入的电信号建立的磁场，经霍尔器件的作用，实现了 磁电变换后，又变成电信号输出，这一变换实现了输入－输 出信号间的电隔离，由此可构成隔离放大器、隔离耦合器等 许多新型产品。
集成开关型霍尔传感器
半导体新材料
探索新型半导体材料，以提高集成开 关型霍尔传感器的稳定性、可靠性和 长期稳定性。
新工艺的研发
微纳加工技术
利用先进的微纳加工技术，实现传感器的小 型化、集成化和高精度制造。
薄膜工艺
研究和发展薄膜工艺，降低生产成本，提高 生产效率，并优化传感器的性能参数。
封装尺寸
封装尺寸
集成开关型霍尔传感器的封装尺寸也是 需要考虑的因素之一。根据实际应用需 求，选择适合的封装尺寸可以更好地适 应不同的安装空间和设备结构。
VS
安装方式
传感器的安装方式也会影响其封装尺寸的 选择。例如，如果需要将传感器安装在 PCB板上，则需要选择适合PCB板安装的 封装尺寸和引脚类型。
应用领域
01
02
03
04
自动化控制
用于检测物体的位置、速度、 角度等信息，实现自动化控制
和调节。
智能家居
用于智能门锁、智能窗户、智 能照明等，提高家居安全性和
舒适性。
电动车
用于检测电动车的电池状态、 电机转速等信息，实现电动车
的智能化管理和控制。
其他领域
还可以应用于机器人、医疗器 械、物流等领域，实现智能化
新应用领域的探索
新能源汽车
随着新能源汽车市场的快速发展，集成开关 型霍尔传感器在电池管理、电机控制等方面 的应用将得到更广泛的推广和应用。
智能家居
集成开关型霍尔传感器在智能家居领域的应 用，如智能门锁、智能窗户等，将为人们的
生活带来更多便利和安全。
THANKS
谢谢
集成开关型霍尔传感器
目录
CONTENTS
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)
线性霍尔式传感器位移特性实验
大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可
靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。
本实验采用的霍尔式位移(小位移1mm~2mm)传感器是由线性霍尔元件、两只半
圆形永久磁钢组成，其它很多物理量如：力、压力、机械振动等本质上都可转变成位移的变
外二个2(V-)、4(Vo-)是输出端。接线时，电源输入激励端与输出端千万不能颠倒，否则霍尔元件要损坏。
3、将测头从处调到3=处作为位移起点并记录电对针方向)仔细调节测微头的微分筒(0.01m/每小格)△x=0.1m(实验总位移从15mm~5mm)从电压表上读出相应的电压Vo值，填人下表24表24霍尔传感器位移实验数据
9.3
0.725
4.9
-0.038
0.6
-0.607
9.2
0.725
4.8
-0.067
0.5
-0.607
9.1
0.724
4.7
-0.1
0.4
-0.607
9
0.723
4.6
-0.135
0.3
-0.607
8.9
0.722
4.5
-0.159
0.2
-0.607
8.8
0.721
4.4
-0.187
0.1
-0.607
式中：RB=-1/(ne)是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数
KH=R/d灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N型半导体材料(金属材料中
线性霍尔工作原理
线性霍尔工作原理
线性霍尔效应是一种通过感应磁场来产生电压的物理现象，其工作原理可以被描述如下：
1. 材料选择：选择适合的霍尔传感器材料非常重要。
一般来说，常用的材料有硒化铟、硒化镉和硅等。
这些材料具有较高的霍尔电阻率和较低的磁导率。
2. 构造：线性霍尔传感器通常由三层构成，分别是霍尔元件、上下电极以及侧向引线。
霍尔元件是关键部分，其负责感应到外部磁场并产生霍尔电压。
上下电极则将霍尔电流引导到侧向引线上。
3. 磁场效应：当线性霍尔传感器暴露在外部磁场中时，磁场的垂直作用于霍尔元件。
根据洛伦兹力的原理，电子将在霍尔元件的一侧积累，而空穴将在另一侧积累。
这种姿态随后会产生电势差，也就是霍尔电压。
4. 霍尔电压测量：通过将电极连接到电路中的测量设备，可以测量到霍尔电压。
霍尔电压的大小与磁场的强度成正比，而且其正负极性与磁场方向有关。
5. 应用：线性霍尔传感器广泛应用于磁场测量、位置检测和速度测量等领域。
由于其相对简单的结构和良好的稳定性，它成为了许多电子设备和汽车中常用的传感器之一。
通过以上工作原理，线性霍尔传感器实现了将磁场转化为电压
的功能。
这使得它在各种需要测量磁场的应用中发挥着重要作用。
智能传感技术-霍尔传感器的应用
霍尔传感器的应用 2.霍尔传感器应用
霍尔电流传感器
THANKS
霍尔传感器的应用
1.霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是 将霍尔元件、稳压电路、放 大器、施密特触发器、OC门 （集电极开路输出门）等电 路做在同一个芯片上。当外 加磁场强度超过规定的工作 点时，OC门由高阻态变为导 通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点 时，OC门重新变为高阻态， 输出高电平。
霍尔传感器
霍尔传感器的应用
霍尔传感器的应用
1.霍尔集成电路
随着微电子技术的发展，目前霍尔器件多已集成化。霍尔集成 电路（又称霍尔IC）有许多优点，如体积小、灵敏度高、输出幅度大、 温漂小、对电源稳定性要求低等。 霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
线性型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路
霍尔传感器的应用
开关型霍尔集成电路
霍尔传感器的应用
1.霍尔集成电路
集成电路中的施密特触发 器使输入输出特性具有回差特 性，回差的存在使集成集成电 路具有抑制输入干扰的能力， 回差越大，抗干扰能力越强。
开关型霍尔集成电路的施密特输出特性
霍尔传感器的应用
2.霍尔传感器应用
维持I、θ不变
利用磁场的变化来进行测量，这方面的应用有：测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔 转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微 压力计等。
维持I、B不变
利用磁场和电流之间的位置变化来进行测量，这方面的应用有角位移测量仪等。
维持θ不变
可以测量I、B的乘积，这方面的应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。
霍尔传感器的应用
2.霍尔传感器应用
霍尔式特斯拉计
线性霍尔效应传感器HAL49E CN
1.概述HAL49E HAL49E为小型、通用、线性霍尔效应传感器，其输出信号电平决定于施加在器件敏感面的磁场强度，随磁场强度成比例地变化。
当HAL49E处于零磁场条件时，其输出电压是电源电压的一半。
S磁极出现在HAL49E标记面时，输出电压将随磁场强度增加而线性升高；相反，N磁极将使输出电压随磁场强度增加而线性降低。
HAL49E具有低噪声输出的特点，不再需要采用外部滤波。
它还包括薄膜式电阻，能提高温度的稳定性和准确性。
工作温度范围为-40°C至85 °C,适用于各种商业用户和工业环境。
2.特点3.典型应用♦耐压高♦电动车调速转把♦精确度高♦电流检测传感器♦稳定性好♦接近检测器♦灵敏度高♦运动检测器♦可靠性高♦齿轮传感器♦低噪声♦电动机控制♦低功耗♦旋转编码器4. 功能框图Hallwee5. 芯片外观图6. 管脚描述名称 管 脚功能 TO-92SSOT-23 V cc 11电源端 GND2 3 地端 OUT32输出端7. 极限参数参数符号 参数值 单位 供电电压 V CC8.0 V 输出电流 IOUT20 mA工作温度 T A -40 〜85 C 存储温度 T S-65 〜150C参数 符号 测试条件最小值 典型值 最大值 单位 工作电压 V CCOperating 35 6.5 V 工作电流 ICCAverage3 4.5 mA输出电阻 R O40 100 0 噪音V no BW=10Hz-10K Hz90uV 静态输出电压 V OB = 0Gs 2.35 2.52.65 V最低输出电压B = -1200Gs 0.80 0.95V 最高输出电压B = 1200Gs4.2V49ywwHAL49EHallwee9.磁场特性参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 灵敏度 T A = 25°C1.52.0 2.5mV/Gs 磁场强度范围 ±650 ±1000 Gs 线性度-0.007量程的％零位漂移-0.100.10 %/C灵敏度温漂T A N 25 C -0.15 0.05 %/CT A V 25 C-0.040.18510.特性曲线-100 -80 -60 -40 -20 020 40 60 80 100畿场例度(mT)工作电流与工作电压关系曲线输出电压与磁场强度曲线 655. 5 工作电压E)55d -d -332211 5 TO -20 0 20 ■« 608050505 05 050静态输出电压与工作电压关系曲线 输出电压与环境温度曲线HAL49EHallwee11. 使用注意1) 安装时应尽量减小作用到霍尔电路上的机械应力； 2) 在保证焊接质量的条件下，尽量使焊接温度低，时间短。
HAL-G132X线性霍尔元件 高精度霍尔集成电路 G1322 G1323 G1321
G1321
G1322
3.0~7.5
3.0~7.5558.7 比例输出型8.7 比例输出型
1.5
1.5
1
1
0.6
0.6
1
1
0.1~(VCC-0.1) 0.1~(VCC-0.1)
0.2~(VCC-0.2) 0.2~(VCC-0.2)
2.50±0.075 2.50±0.075
5±0.25
3.125±0.156
G132X
（顶视图）
G323
Y: Year,"1"=2011 WW: Week,00~52
◆封装信息
1.45mm
深圳市霍尔微电子有限公司 1
电话：０７５５－２５９１０７２７／３６６７３６０７
G132X 霍尔开关电路
◆产品特点
z 在5V电源时，电源电流典型值为5mA； z 内含修正的电阻提供精确的灵敏度和温
度补偿； z 工作温度范围-40~+150℃； z 可反应于正的或负的磁场； z 全电压范围输出性能可提供更有效的信
号以达到更高精度
◆典型应用
z 电流传感器 z 电机控制 z 位置传感器 z 震动检测 z 压力传感器
G132X
高性能线性霍尔传感器电路
G132X 系列传感器的输出与电源电压 成比率变化关系，并与磁场强度成正比。
新的霍尔电路提供增强的温度稳定性和 灵敏度。电阻修正技术提供高精度和温度补偿 以减小零点和增益的温漂，正方形的霍尔传感 器把影响输出的机械和热应力效应减少到最 小程度，正的灵敏度温度系数（0.02%/˚C 典 型值）有助于补偿低成本磁钢负的温度系数。 全电压范围(Rail-to-Rail）输出性能可提供更有 效的信号以达到高的精度。工作温度范围可以 在-40℃到+150℃，电源电压工作范围从3.0V 到7.5V，封装形式为SIP-3L(TO-92S)。
集成霍尔传感器
SL3501T mA VCC 12V DC 10mA
N
DC 1 2 3 + V _
·
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁感应强度B（T） R=0 R=15Ω R=100Ω
常用传感器：国产YSH-1型霍尔压力变送器
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
钢质
霍尔
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转 动状态有助于控制刹车力的大小。
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ABS的工作原理
2018/11/12
输出电压UOUT（V）
18
8.3 霍尔传感器的应用
8.3.1 霍尔式位移传感器
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.2 霍尔式压力传感器
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.3 霍尔电子点火器
隔磁罩 隔磁罩缺口 霍尔元件
磁钢 (a)
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一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导 体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中， B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半 导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑 兹力FB的作用 F evB
B
B
d
- - - - - -
b
FL
UH
FE
+ + + + + +
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压舌
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课间休息！！
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霍尔元件的材料特性
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9
8.1.3 霍尔元件的主要参数
1．主要特性参数
1. 额定功耗 2. 输入电阻 和输出电阻 3. 不平衡电势 4. 霍尔电势温度系数 5. 内阻温度系数 6. 灵敏度
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10
8.1.4 霍尔元件的基本测量电路
一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导 体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中， B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半 导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑 兹力FB的作用 F evB
B
B
d
- - - - - -
b
FL
UH
FE
+ + + + + +
v
I UH
I
L
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8.1.2 基本原理
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8.1 霍尔传感器的工作原理
8.1.1 霍 尔 效 应 金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁 场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电 流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势UH，这种物理现象称为 霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。
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3
霍尔效应
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输出电压UOUT（V）
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.1 霍尔式位移传感器
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19
8.3 霍尔传感器的应用
8.3.2 霍尔式压力传感器
2018/10/11
20
8.3 霍尔传感器的应用
8.3.3 霍尔电子点火器
隔磁罩 隔磁罩缺口 霍尔元件
磁钢 (a)
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+ I UH RP VCC
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RL
-
8.2 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。 集成霍尔传感器与分立元件相比，它具有可 靠性高、体积小、重量轻、功耗低等优点， 正越来越受到重视。 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。
第8章 霍尔传感器
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1
引言
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中 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。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。
S
SL3501T mA VCC 12V DC 10mA
N
DC 1 2 3 + V _
·
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁感应强度B（T） R=0 R=15Ω R=100Ω
线性霍尔
N S
磁铁
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霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁 极接近、并达到动作 距离时，霍尔式接近 开关动作。霍尔接近 开关一般还配一块钕 铁硼磁铁。
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所实现的多媒体界面： 霍尔电流传感器演示 铁心
线性霍尔IC
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霍尔钳形电流表（交直流两用） 豁口
洛仑兹力FL使电子向垂直于B和自由电子运 动方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即 电子有向某一端积聚的现象，使半导体—端 面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积 聚。由于电荷积聚，产生静电场，称为霍尔 电场。该静电场对电子的作用力FE与洛仑兹 力FL的方向相反，将阻止电子继续偏转，其 大小为 U
FE eE H e
H
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b
5
电场力阻止电子继续向原侧面积累，当 电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电 荷的积累达到动态平衡，由于存在EH， 半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为 霍尔电势
RH UH IB IB d d
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磁场与薄片法线夹角为
U H KH IB cos
1—车速齿轮传感器 2—压力调节器 3—控制器
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霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可 选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器 件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的 磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件 输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可 以确定被测物的转速。
GND14Fra bibliotek 8.2.1 开关型集成霍尔传感器
3. 开关型集成霍尔传感器的工作特性
UOUT （V ） 关 开
0
BKP
BH
BOP
B
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8.2.1 开关型集成霍尔传感器
4. 开关型集成霍尔传感器的接口电路
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
1.线性集成霍尔传感器的结构及工作原理
2018/10/11
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常用的霍尔元件材料
锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其 中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度 性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好， 其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化 铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系 数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟 的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特 性线性度好。
常用传感器：国产YSH-1型霍尔压力变送器
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
钢质
霍尔
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转 动状态有助于控制刹车力的大小。
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ABS的工作原理
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8.2.1 开关型集成霍尔传感器
1. 开关型集成霍尔传感器的结构 霍尔片、引线和壳体组成
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13
8.2.1 开关型集成霍尔传感器
2．开关型霍尔集成传感器的工作原理
1 VCC
霍尔元件
3 放大器 整形电路
输出 UOUT
稳压 电路
+ UH VT
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