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4.9 霍尔式传感器
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磁 敏式传感器，一般由锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料 制成。
它可以直接测量磁场及微位移量，已经广泛应用于电磁、压 力、加速度、振动等的测量领域。
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。
流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作 0.01mm
摆动，问输出电压可达多少毫伏？
（1）简易高斯计
霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。图为一个简易高斯计电路，它直 接采用线性型霍尔传感器 UGN-3501M。
（2）计数装置 下图是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。
（3）霍尔接近开关
利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强 的特点，如图所示。
（4）霍尔转速表 霍尔转速表如图 所示。
霍尔元件是一 种四端元件
霍尔片是一块矩形半导体薄片。
控制电流端引线 （激励电极）
霍尔电势输出端引线 （霍尔电极）
基本电路形式
UH KHIB
4）霍尔传感器的应用
霍尔元件及霍尔传感器的应用十分广泛。在测量领域，可 用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等；在通信领 域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频以及微波 功率测量等；在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度 传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的 伺服系统和自动电力拖动系统等。
1） 霍尔效应
在与磁场垂直的N型半导体薄片上通以电流I，由于N型半导体的载流子为电 子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生 偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成 了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受电场力 f E 与洛仑兹
力 f L相等时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称 为霍尔电场 E H，相应的电势称为霍尔电势 U H
2）保持元件感受的磁感应强度不变时，则元件的输出正比于控制电 流。因此，主要的应用有交、直流的电流表、电压表等；同时凡能 转换为电流变化的量，均能进行测量。
3）当元件的控制电流和磁感应强度均变化时，元件输出与两者乘积 成正比。因此，它可用于乘法、功率等的测量，如乘法计、功率计 等。
3）霍尔元件
霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。 型号命名方法：
fL q0vB
fE q0EH q0UbH
Fra Baidu bibliotek
h
经过分析：
UH KHIB
N型半导体薄片
K H 为霍尔片的灵敏度系数
2）霍尔元件的应用
UH KHIB
根据霍尔输出与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的关系 可知，霍尔元件主要用在下述三个方面：
1）保持元件的控制电流恒定，则元件的输出正比于磁感应强度。 因此，可以测定恒定和交变磁感应强度，如高斯计；同时凡是能转 化为磁感应强度变化的量都能进行测量，如位移、角度、转速和加 速度等。
（5）角位移测量仪 角位移测量仪其结构如图所示。
（6）功率计
因为磁场B∝IL，而负载电压VL用以产生样品电流I=VL/R∝VL（这里R是比 样品和RL大得多的串联电阻），则Hall电压VH∝IB∝VL IL。所以，测量出
Hall电压VH，即可直接得知负载RL所消耗的功率VLIL。
作业
有一霍尔元件，其灵敏度为KH＝1.2mV/mA.kGs 把它放在 一个梯度（dB/dx）为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电
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磁 敏式传感器，一般由锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料 制成。
它可以直接测量磁场及微位移量，已经广泛应用于电磁、压 力、加速度、振动等的测量领域。
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。
流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作 0.01mm
摆动，问输出电压可达多少毫伏？
（1）简易高斯计
霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。图为一个简易高斯计电路，它直 接采用线性型霍尔传感器 UGN-3501M。
（2）计数装置 下图是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。
（3）霍尔接近开关
利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强 的特点，如图所示。
（4）霍尔转速表 霍尔转速表如图 所示。
霍尔元件是一 种四端元件
霍尔片是一块矩形半导体薄片。
控制电流端引线 （激励电极）
霍尔电势输出端引线 （霍尔电极）
基本电路形式
UH KHIB
4）霍尔传感器的应用
霍尔元件及霍尔传感器的应用十分广泛。在测量领域，可 用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等；在通信领 域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频以及微波 功率测量等；在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度 传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的 伺服系统和自动电力拖动系统等。
1） 霍尔效应
在与磁场垂直的N型半导体薄片上通以电流I，由于N型半导体的载流子为电 子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生 偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成 了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受电场力 f E 与洛仑兹
力 f L相等时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称 为霍尔电场 E H，相应的电势称为霍尔电势 U H
2）保持元件感受的磁感应强度不变时，则元件的输出正比于控制电 流。因此，主要的应用有交、直流的电流表、电压表等；同时凡能 转换为电流变化的量，均能进行测量。
3）当元件的控制电流和磁感应强度均变化时，元件输出与两者乘积 成正比。因此，它可用于乘法、功率等的测量，如乘法计、功率计 等。
3）霍尔元件
霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。 型号命名方法：
fL q0vB
fE q0EH q0UbH
Fra Baidu bibliotek
h
经过分析：
UH KHIB
N型半导体薄片
K H 为霍尔片的灵敏度系数
2）霍尔元件的应用
UH KHIB
根据霍尔输出与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的关系 可知，霍尔元件主要用在下述三个方面：
1）保持元件的控制电流恒定，则元件的输出正比于磁感应强度。 因此，可以测定恒定和交变磁感应强度，如高斯计；同时凡是能转 化为磁感应强度变化的量都能进行测量，如位移、角度、转速和加 速度等。
（5）角位移测量仪 角位移测量仪其结构如图所示。
（6）功率计
因为磁场B∝IL，而负载电压VL用以产生样品电流I=VL/R∝VL（这里R是比 样品和RL大得多的串联电阻），则Hall电压VH∝IB∝VL IL。所以，测量出
Hall电压VH，即可直接得知负载RL所消耗的功率VLIL。
作业
有一霍尔元件，其灵敏度为KH＝1.2mV/mA.kGs 把它放在 一个梯度（dB/dx）为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电