霍尔效应传感器基本组成及原理

深圳市铭之光电子技术有限公司
传感器专家网http://www.sensorexpert.com.cn
霍尔电压与电流I和磁场强度B的乘积成正比，对 于最常用的硅半导体材料，此比例系数是 7uV/Vs/Gauss，其中,Vs是生成电流I的电压。从 此系数可以看出，生成的霍尔电压是非常小的， 实际应用中，需要放大器对此信号进行放大。
传感器专家网http://www.sensorexpert.com.cn
Fra Baidu bibliotek
深圳市铭之光电子技术有限公司
传感器专家网http://www.sensorexpert.com.cn
如果与半导体平面垂直的方向加一个磁场 ，如图2，此时，有劳伦茨力施加在电流上 ，使电流分布变形，同时在输出端形成了 电位差。这个电位差就称为霍尔电压，它 的大小与流过的电流I及穿过的磁场强度成 正比。
的电压高于基准电压，当感应到反向磁场时，放 大器输出的电压低于基准电压，如图4是一个简单 的模拟电压输出的霍尔传感器。
对于模拟电压输出的霍尔传感器，当正向磁场强
度越大，输出的电压越高，当输出电压达到电源 电压的限制时，输出电压不在随正向磁场强度的 增大而增大，此时，电路达到饱和。同样，当反 向磁场强度越大时，输出的电压越低，当输出电 压达到电源地的限制时，输出电压不再随反向磁 场强度的增大而减小。
如图3，这是一个基本的霍尔传感器，因为霍尔电压 是与磁场强度成比例，而磁场是有方向的，当磁
场方向变化时，其生成的霍尔电压的极性也发生
变化。所以图中用的是双电源的差分放大器，它
需要正负两组电源，使设计复杂，为简化设计，
通常给差分放大器加上一定的偏置，从而只需要 单电源供电。 当磁场为0时,差分放大器输出一定 的基准电压，当感应到正向磁场时，放大器输出
霍尔效应传感器基本组成及原理
霍尔效应传感器是基于霍尔效应：当一块导
电的平面与磁力线垂直地放置在磁场中， 将在平面上产生一个与电流方向和磁场方 向都垂直的电场。如图1，当电流流过一个 半导体平面（霍尔单元），与电流平行的 两个端面引出两条导线作为输出信号端， 此时，没有磁场施加在半导体平面，输出 端的电压为零。
为了增加传感器接口的灵活性，满足更多应用的
要求，在差分放大器的输出端通常会加上射极开 路电路、集电极开路电路、或推挽式放大电路等 。
数字式输出霍尔传感器
在某些应用中，我们只需要高或低电平，或 者只需开或关的状态，这时，可以在传感 器的差分放大器输出端加上一级施密特触 发电路，如图5所示, 当磁场高于某个值时 ，霍尔传感器输出为高电平，而当磁场强 度下降到另一个值时，霍尔传感器输出变 为低电平。
霍尔效应传感器因其非接触测量、没有运动 部件、使用温度范围宽、响应速度快等特 点，应用越来越广泛，如用于感应电流的 变化，则是电流传感器，用于感应磁场的 变化，则可以做成位置传感器、接近开关 、速度传感器、磁传感器等。
霍尔元件基本结构
由霍尔片、引线和壳体组成, 如图所示。 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。 在电路中霍尔元 件可用两种符号表示。
基本电路
• RW调节控制电流的大小。 • RL为负载电阻，可以是放大器的内阻或指示
器内阻。
• 霍尔效应建立的时间极短（10-12～10-14S） ，I即可以是直流，也可以是交流。
• 若被测物理量是I、B或者IB乘积的函数， 通过测量霍尔电势UH就可知道被测量的大小 。
深圳市铭之光电子技术有限公司
硅半导体材料也有压电效应，当有机械变形时， 会引起其电阻值的变化，这样，当有应力引起硅 变形时，必将影响霍尔传感器的效果，实际应用 中，通常使用多个霍尔单元，来减小机械变形的 影响，如使用两个或四个霍尔单元，
霍尔单元只是个基本的磁传感器，对多数应 用来说，还需要信号调理电路，将信号放 大，同时增加温度补偿，使输出信号可以 被其他电路或系统使用。同时如果供电电 源没有稳压，还需要相应的电源调整电路 。