第八章
磁敏传感器
电子信息及电气工程系
8-1 概述
一、定义
磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。
1856年发现磁阻效应,1879年发现霍尔效应
60年代初开始应用。
二、分类
体型：霍尔传感器，磁敏电阻
结型：磁敏二极管，磁敏晶体管
8-2 霍尔传感器
一、霍尔效应
在金属或半导体薄
片的两端通过控制
电流 I,并在薄片的
垂直方向施加磁感
应强度为 B的磁场,
+ + + + + + + + + I
UH
B
FL
FE v
那么,在垂直于电流和磁
场方向上将产生电动势 UH（霍尔电压）,
d为霍尔元件的厚度
洛伦兹力,FL=- ev B 电荷聚集,UH产生
静电场产生反力,FE=- e EU = - e UH /b
平衡时,FL= FE, - ev B= - e UH /b
UH= bvB
I 为控制电流,I= dQ/ dt = b d v n( - e)
b v = I / [d n( - e)]
则,UH= I B / [d n( - e)]
取 RH= 1 / [n( - e)]
霍尔常数,由半导体材料决定
则,UH= RH I B/ d
取 KH= RH / d 则,UH= KH I B
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场
中洛伦兹力作用的结果,UH=KHIB
b为霍尔元件
的宽度
n为单位体积内自由电子数
UH = KH I B
霍尔电势的大小正比于控制电流 I
和磁感应强度 B的乘积。 KH称为霍尔元
件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强
度和单位控制电流时输出霍尔电压大小
的重要参数
当控制电流方向或磁场方向改变时，
输出电动势方向也将改变
二、灵敏度
1）材料电阻 ρ 与载流子浓度 n和其迁移率
μ 相关,RH = (μ,ρ) ( RH= 1 / [n( - e)])
2） KH= RH / d, 则 d要小，霍尔片要薄（ 1μm ）
3）霍尔片长边 /短边 >4，输出不受影响（一般长
边 /短边 =2,短边通以电流，长边输出 UH ）
建立霍尔效应的时间很短,10-2～ 10-14ｓ
控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）
接触要求：欧姆接触（无 PN结）
老式：焊接
新方法：离子注入工艺
溅射工艺
霍尔元件外形及结构,
尺寸,4mm × 2mm × 0.1mm
1 3 2 4
由于建立霍尔效应的时间很短，因此控制电流用交流时，频率
可以很高（几千兆赫）
在磁场作用下，负载上有电压输出。
实际使用时,以 I或 B,或同时作为输入信号，
而输出信号则正比于 I或 B,或两者的乘积。
三、基本电路
控制电流由 E供给
RP为调节电阻
Rf为负载电阻
四、电磁特性
1） Ｕ H— I特性,UH = KH I B
在磁场和环境温度一定时，霍尔输出电动势 UH与控
制电流 I之间呈线性关系，直线的斜率称为控制电流灵敏
度用 KI表示。
KI = KH B → U H = KI I （线性）
KH↑ → KI ↑
KI ↑, I ↑ → U H ↑
六,材料及结构特点
一般采用以下半导体单晶材料制成,
N型锗, 砷化铟, 锑化铟
输出大
受温度影响大
输出小
温度和线形度较好
线形度好
受温度影响比锑化铟小
输出没有锑化铟大
敏感
元件
一般
测量
七、误差分析及误差补偿方法
１） 元件的几何尺寸、电极的接点大小对性能
的影响
UH= fH( ) RHIB d L l fH(L/l)为元件的 形状系数
当 L/l>2 时,形状系数 fH(L/l)接近于 1
实际上,取 L/l=2
b) 霍尔电极的大小对霍尔电动势输出有影响
当 S/L<0.1时,电极宽度的影响才可以忽略不记,
a)
UH= fH( ) RHIB d L l
S/L<0.1
2） 不等位电动势及其补偿
主要零位误差，制作时不能保证将霍尔电动
势极焊在同一等位面上,
3） 寄生直流电动势
a） 非欧姆接触造成控制电流极和霍尔电动
势极上的整流效应
b） 电动势极的的焊点不一致,两焊点的热容
量不一致产生温差寄生直流电动势
自身补偿法
4） 感应电动势
在交变磁场中工作时,在输出回路中产生附
加感应电动势,其大小正比于磁场变化的频率
和磁感应强度的幅值,并与霍尔电动势极引线
构成的感应面积成正比
a 合理布线：在
磁路气隙中安置
一辅助霍尔元件
(特性相同 )
b 自身补偿法
5） 温度误差补偿
由于半导体材料的电阻率、迁移率和
载流子浓度随温度变化，故霍尔元件的内
阻、霍尔电动势也将随温度变化
a 选用温差系数
小的元件（砷化
铟）
b 恒流供电：减
少元件内阻随温
度变化引起的控
制电流变化。
c 其它温度补偿
法
八、霍尔传感器的特点,
霍尔传感器基于霍尔效应将被测量转换
成电动势输出的一种传感器。虽然其转换效
率低，温度影响大，但简单、体积小、频率
响应宽（从直流到微波）、可靠性高、易于
集成化
九、应用
1,功能可分为,
霍尔线性器件（输出模拟量）
霍尔开关器件（输出数字量）
2）按被检测的对象的性质可分为,
直接应用：直接检测出受检测对象本身
的磁场或磁特性（ 高斯计）
间接应用：检测受检对象上人为设置的
磁场，用这个磁场来作被检
测的信息的载体，通过它将
许多非电、非磁的物理量例
如力、位移、速度以及工作
状态发生变化的时间等，转
变成电量来进行检测和控制
为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,使被
测磁场的磁感应强度 B可用霍尔电压来量度
电流传感器
电功率计
电机控制
（直流无刷电机）
磁敏传感器
电子信息及电气工程系
8-1 概述
一、定义
磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。
1856年发现磁阻效应,1879年发现霍尔效应
60年代初开始应用。
二、分类
体型：霍尔传感器，磁敏电阻
结型：磁敏二极管，磁敏晶体管
8-2 霍尔传感器
一、霍尔效应
在金属或半导体薄
片的两端通过控制
电流 I,并在薄片的
垂直方向施加磁感
应强度为 B的磁场,
+ + + + + + + + + I
UH
B
FL
FE v
那么,在垂直于电流和磁
场方向上将产生电动势 UH（霍尔电压）,
d为霍尔元件的厚度
洛伦兹力,FL=- ev B 电荷聚集,UH产生
静电场产生反力,FE=- e EU = - e UH /b
平衡时,FL= FE, - ev B= - e UH /b
UH= bvB
I 为控制电流,I= dQ/ dt = b d v n( - e)
b v = I / [d n( - e)]
则,UH= I B / [d n( - e)]
取 RH= 1 / [n( - e)]
霍尔常数,由半导体材料决定
则,UH= RH I B/ d
取 KH= RH / d 则,UH= KH I B
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场
中洛伦兹力作用的结果,UH=KHIB
b为霍尔元件
的宽度
n为单位体积内自由电子数
UH = KH I B
霍尔电势的大小正比于控制电流 I
和磁感应强度 B的乘积。 KH称为霍尔元
件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强
度和单位控制电流时输出霍尔电压大小
的重要参数
当控制电流方向或磁场方向改变时，
输出电动势方向也将改变
二、灵敏度
1）材料电阻 ρ 与载流子浓度 n和其迁移率
μ 相关,RH = (μ,ρ) ( RH= 1 / [n( - e)])
2） KH= RH / d, 则 d要小，霍尔片要薄（ 1μm ）
3）霍尔片长边 /短边 >4，输出不受影响（一般长
边 /短边 =2,短边通以电流，长边输出 UH ）
建立霍尔效应的时间很短,10-2～ 10-14ｓ
控制电流用交流时，频率可以很高（几千兆赫）
接触要求：欧姆接触（无 PN结）
老式：焊接
新方法：离子注入工艺
溅射工艺
霍尔元件外形及结构,
尺寸,4mm × 2mm × 0.1mm
1 3 2 4
由于建立霍尔效应的时间很短，因此控制电流用交流时，频率
可以很高（几千兆赫）
在磁场作用下，负载上有电压输出。
实际使用时,以 I或 B,或同时作为输入信号，
而输出信号则正比于 I或 B,或两者的乘积。
三、基本电路
控制电流由 E供给
RP为调节电阻
Rf为负载电阻
四、电磁特性
1） Ｕ H— I特性,UH = KH I B
在磁场和环境温度一定时，霍尔输出电动势 UH与控
制电流 I之间呈线性关系，直线的斜率称为控制电流灵敏
度用 KI表示。
KI = KH B → U H = KI I （线性）
KH↑ → KI ↑
KI ↑, I ↑ → U H ↑
六,材料及结构特点
一般采用以下半导体单晶材料制成,
N型锗, 砷化铟, 锑化铟
输出大
受温度影响大
输出小
温度和线形度较好
线形度好
受温度影响比锑化铟小
输出没有锑化铟大
敏感
元件
一般
测量
七、误差分析及误差补偿方法
１） 元件的几何尺寸、电极的接点大小对性能
的影响
UH= fH( ) RHIB d L l fH(L/l)为元件的 形状系数
当 L/l>2 时,形状系数 fH(L/l)接近于 1
实际上,取 L/l=2
b) 霍尔电极的大小对霍尔电动势输出有影响
当 S/L<0.1时,电极宽度的影响才可以忽略不记,
a)
UH= fH( ) RHIB d L l
S/L<0.1
2） 不等位电动势及其补偿
主要零位误差，制作时不能保证将霍尔电动
势极焊在同一等位面上,
3） 寄生直流电动势
a） 非欧姆接触造成控制电流极和霍尔电动
势极上的整流效应
b） 电动势极的的焊点不一致,两焊点的热容
量不一致产生温差寄生直流电动势
自身补偿法
4） 感应电动势
在交变磁场中工作时,在输出回路中产生附
加感应电动势,其大小正比于磁场变化的频率
和磁感应强度的幅值,并与霍尔电动势极引线
构成的感应面积成正比
a 合理布线：在
磁路气隙中安置
一辅助霍尔元件
(特性相同 )
b 自身补偿法
5） 温度误差补偿
由于半导体材料的电阻率、迁移率和
载流子浓度随温度变化，故霍尔元件的内
阻、霍尔电动势也将随温度变化
a 选用温差系数
小的元件（砷化
铟）
b 恒流供电：减
少元件内阻随温
度变化引起的控
制电流变化。
c 其它温度补偿
法
八、霍尔传感器的特点,
霍尔传感器基于霍尔效应将被测量转换
成电动势输出的一种传感器。虽然其转换效
率低，温度影响大，但简单、体积小、频率
响应宽（从直流到微波）、可靠性高、易于
集成化
九、应用
1,功能可分为,
霍尔线性器件（输出模拟量）
霍尔开关器件（输出数字量）
2）按被检测的对象的性质可分为,
直接应用：直接检测出受检测对象本身
的磁场或磁特性（ 高斯计）
间接应用：检测受检对象上人为设置的
磁场，用这个磁场来作被检
测的信息的载体，通过它将
许多非电、非磁的物理量例
如力、位移、速度以及工作
状态发生变化的时间等，转
变成电量来进行检测和控制
为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,使被
测磁场的磁感应强度 B可用霍尔电压来量度
电流传感器
电功率计
电机控制
（直流无刷电机）
