传感器及检测技术（第四版）课件 21.霍尔传感器原理

……………霍尔传感器原理传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS霍尔效应02霍尔传感器分类03概述01一、概述霍尔传感器

是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种。

1879年发现了霍尔效应。

此前，霍普金斯大学著名教授罗兰曾做了带电旋转盘的磁效应实验，第一次揭示了运动电荷也能激发磁场。

值得注意的是，霍尔发现霍尔效应时，电子尚未被发现。霍尔（A.H.Hall，1855—1938）二、霍尔效应霍尔效应

在一个磁场中放置一块导体，在垂直于磁场的方向上施加一个电流时，载流的带电粒子会在磁场力作用下发生偏转，导体横向两侧的电荷会重新分布，从而产生一个内部的电场。这个现象便是霍尔效应。

由此产生的导体两端的电势差通常称为霍尔电压（Hallvoltage）。霍尔效应使用左手定则判断。二、霍尔效应霍尔电场

将长、宽、高分别为L、W、H的半导体薄片，置于磁场B之下，两端面a、b通以控制电流I时，薄片中电子运动速度与I的方向相反，在磁场作用下将受一个由c侧指向d侧方向的力的作用，电子运动因受该力的作用会使运动轨迹横向偏移，按图中虚线方向前进，电子向d侧偏转，使该侧面形成负电荷的积累,半导体片的一侧(d侧)电子密集出现负电荷，另一侧(c侧)电子稀疏呈现正电荷，两侧面之间形成电场EH，称为霍尔电场。二、霍尔效应

霍尔使电子运动轨迹横向偏移的力是洛仑兹力fL，而霍尔电场建立之后又对电子施加电场力fE，电场力与洛仑兹力的方向相反，阻止电荷的积累，最终达到动态平衡。

这时fL=fE，而洛仑兹力为：

电场力为：

以上两式中，e为电子电荷，UH为霍尔效应产生的电压，W为半导体片的宽度，当两力相等而方向相反时，可得：

若以n代表半导体内单位体积中的载流子数则可得:二、霍尔效应

式中H为半导体片的厚度，负号表示电流方向与电子运动方向相反。

根据上述两式可得：

式中RH=1/（ne），RH为霍尔系数，其大小取决于导体载流子密度，它反映元件霍尔效应的强弱；KH为霍尔灵敏度，KH=RH/H，与霍尔系数成正比，与霍尔元件厚度成反比。二、霍尔效应

霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。二、霍尔效应霍尔信号放大电路

若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。

用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作点火传感器。

霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。二、霍尔效应二、霍尔效应霍尔效应半导体材料霍尔元件磁场敏感结构简单体积小频率响应宽输出电压变化大使用寿命长测量自动化计算机信息技术应用领域霍尔元件三、霍尔传感器分类霍尔传感器开关性霍尔传感器线型霍尔传感器稳压器霍尔元件差分放大器斯密特触发器输出级霍尔元件线性放大器射级跟随