检测与转换技术：第5章电压型传感器4（霍尔式）

1、 半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。 5.4 霍尔传感器霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。cdab霍尔电势的推导 基片宽度两侧建立的电势差称为霍尔电势，它与霍尔电场强度EH的关系为： UH= EHb= Bvb (b为宽度)设n是N型半导体载流子浓度，bd是与电流方向垂直的截面积，则流过基片电流: I=nqvbd vb=I/nqd 代入UH= Bvb得： 结论：霍尔电势与激励电流I、磁感应强度B成正

2、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。 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 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，这时的霍尔电势为: UH=KHIBcos 关于最大激励电流IM : 根据UH=KHIB，霍尔电势UH随激励电流I增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，甚至烧坏元件，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 激励电流常用 20mA 5.2.2、霍尔传感器的组成及基本特性霍

3、尔传感器由霍尔元件、激励电源、测量电路、磁路装置组成。(1)霍尔元件的构造由霍尔片、引线和壳体组成，霍尔片是型半导体矩型薄片。长边引电压输出，短边引控制电流。常用N型锗Ge ,锑化铟InSb,砷化铟InSb材料霍尔元件的电路部分激励电流可以是直流或交流。激励电流是直流电，产生霍尔电势是直流，激励电流是交流电，产生霍尔电势是交流。RP作用，调节激励电流。元件分线性应用和开关应用。增加霍尔输出电势或功率的方法霍尔传感器应用一、利用UH与电流I的关系 当磁场恒定时，在一定温度下，霍尔电势与控制电流I成很好的线性关系。利用此特性，可直接用于测量电流，也可用于测量能转换为电流的其它物理量。优点：可进行非

4、接触测量,结构简单,体积小,频率高,频带宽,动态特性好,寿命长.可测量磁场强度,功率,相位,电能，位移,转速,压力,加速度等。如下图所示安装两磁钢，在中心位置的磁场具有均匀的梯度变化特性，有B=Cx。霍尔片沿x方向移动时，霍尔电势：UH=KHIB=KHICx=Kx二、利用UH与的B关系，用于微位移、压力、加速度、振动等。 霍尔传感器位移特性实验原理 （P105 图5-4-6）钳形电流表的工作原理（如有图）：待测电流产生的磁感应强度B为： B=KBIX 霍尔电势为： U0=KHIB=KHIKBIX=KIX 因此，钳形电流表在不断开电路的情况下，可测量大电流，最大可测100KA以上的电流，而且还可以测量电子束、离子束等的电流。三、利用UH与I、B关系控制电流为I1，磁感应强度B由励磁电流I2产生，则UH=KI1I2，可以实现模拟乘法器等。利用霍尔元件作为平均功率的测量。 应用：转速测量导磁盘转动时，霍