第五章 霍尔式传感器第五章 霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理第二节 霍尔元件的测量电路及应用第五章 霍尔式传感器第一节 霍尔元件的工作原理一、霍尔效应在一个半导体薄片相对两侧面通过控制电流 I，在薄片垂直方向加以磁场 B，则在半导体另两侧面会产生一个横向的电动势 UH，
这一现象称为 霍尔效应 。
I
UH
B
FL
vl
C面
D面
A面
B面
d
FH
本章目录第五章 霍尔式传感器二、产生原因直接原因,运动电荷受洛仑兹力作用的结果。
电子受到的洛仑兹力：
电场力：
动态平衡：
霍尔电势：
e v BF L?
l
UeeEF H
HH
HL FF?
l
UvB H?
v B lU H?
洛仑兹力,磁场对运动电荷的作用力。
BvqF
第五章 霍尔式传感器
dlvendljI
den
BIU
H
或
dep
BIU
H
自由的电流密度结论,1、在相同方向的电流和磁场作用下，可通过霍尔电势 UH的方向来判断材料的类型（ N型或 P型）。
2、当控制电流的方向改变时，输出电势方向也随之改变；对磁场也是如此；若电流与磁场同时改变方向，霍尔电势极性不变。
N型半导体的电子浓度 P型半导体的空穴浓度第五章 霍尔式传感器三、霍尔系数和灵敏度
1、霍尔系数 RH
d
IBR
den
BIU H
H
en
11
enR H 1
RH可反映出霍尔效应的强弱，在相同的电流 I和磁场
B的作用下，对于同样尺寸的霍尔元件，材料的霍尔系数
RH越大，得到的霍尔电势 UH就越大。
电阻率：
：载流子的迁移率?
第五章 霍尔式传感器
2、霍尔灵敏度 KH
dend
RK H
H
1令：
IBKd IBRU HHH
KH反比于元件的厚度 d，降低厚度可提高灵敏度，但：
（ 1）元件的强度。太薄，易受损。
（ 2）元件的阻抗。太薄时阻抗大，元件的功率消耗大，
会引起温度升高。
KH可表示在单位电流，单位电场作用下，开路的霍尔电势的输出值。
则：
第五章 霍尔式传感器四、霍尔元件
1、霍尔元件的材料及其结构
（ 1）霍尔元件的材料半导体：锗、硅、砷化铟和锑化铟等半导体具有较高的载流子的迁移率和电阻率，
能获得明显的霍尔电势。
金属迁移率很高，但电阻率很低。
绝缘体具有较高的电阻率，但迁移率很小。
课本 P117,表 9-1 半导体材料在 300K的参数第五章 霍尔式传感器
（ 2）霍尔元件的结构一块矩形的半导体薄片，外壳用非导磁的金属、陶瓷或环氧树脂封装。
I
I
A B
C
D 控制电极（红色）
霍尔电极（蓝色）（必须在中间焊出引线）
H
外形 霍尔元件的符号第五章 霍尔式传感器
2、霍尔元件的主要技术指标
（ 1）输入，输出电阻输入电阻 Ri,控制电极之间的电阻输出电阻 Rv：霍尔电极之间的电阻
（ 2）额定激励电流 IC
测量应在没有外磁场，室温条件下进行，电流不超过额定的控制电流值。
霍尔元件在空气中产生的温升为 10 时所施加的控制电流值为额定激励电流 IC。
C?
第五章 霍尔式传感器
（ 3）不等位电势 U0与不等位电阻 R0
（ 4）交流不等位电势 UOA与寄生直流电势 UOD
不等位电势 U0,霍尔元件在控制电流为额定值 IC，
不加外磁场时霍尔电极间的空载电势。
不等位电阻 R0,R0=U0/IC
控制电流改用额定交流电流。
第五章 霍尔式传感器
（ 6）热阻 R0
（ 5）霍尔电势温度系数?
在一定的磁感应强度和控制电流下，温度每变化 1 时，霍尔电势值变化的百分率。
C?
霍尔电极开路，在霍尔片上输入 1mW的电功率时所产生的温升。
单位,mWC /?
本章目录第五章 霍尔式传感器第二节 霍尔元件的测量电路及应用一、基本测量电路
E
H
R
I Rfz U
fz
二、不等位电势的补偿 D
HA B
C
R1 R2
R4 R3
RP
本章目录第五章 霍尔式传感器三、温度补偿
1、采用恒流源当负载电阻比霍尔元件的输出电阻大得多时，输出电阻对输出的影响就很小，但这种情况下，只需考虑在输入端进行补偿。
E
R
最简单的恒流电路采用大电阻 R
第五章 霍尔式传感器晶体管恒流源电路
R
Rr
通过调节 Rr，可改变控制电流的大小，而其本身不消耗太多能量第五章 霍尔式传感器
2、利用输出回路负载补偿在输入端控制电流恒定，即输入端电阻随温度变化可以忽略的情况下，如果输出电阻随温度增加而增大，则会引起负载 Rfz上的电压随温度上升而减小。
而 Hz型（锗材料）元件的霍尔电势随温度增加而增加，利用这一关系，只要选择合适的负载电阻，就有可能补偿这种温度的影响。
E
R UH(t)
E RV(t)
Ri(t)
Rfz
温度 ↗
RV(t) ↗
UH(t)↗
Ufz↘
Ufz↗
Ufz不变第五章 霍尔式传感器
3、利用热敏电阻或电阻丝补偿对于温度系数大的半导体制成的霍尔元件，例如锑化铟材料的元件，常采用热敏电阻补偿锑化铟霍尔元件：电势随温度升高而下降，若能控制电流随温度升高而上升，就能达到补偿。
方法：
（ 1）在输入回路串热敏电阻，当温度上升时其值下降，是控制电流上升。
（ 2）输出回路补偿，负载上得到的霍尔电势随温度上升而下降的值可以通过热敏电阻阻值的减小来补偿。
第五章 霍尔式传感器四、霍尔式传感器的应用为了得到较大的霍尔电势输出，可采用输出迭加的连接方式。
E
直流供电，控制端并联 交流供电，控制端串联第五章 霍尔式传感器霍尔传感器可用于下述三个方面：
1、控制电流不变，输出正比于磁场强度。
对能转换为磁场强度变化的量都能测量。例如可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等的测量。
2、磁场不变，输出正比于控制电流。
凡能转换为电流变化的各种量，均能测量。
3、输出正比于磁场强度和控制电流的乘积。
可用于乘法、功率等方面的计算和测量。
本章结束
这一现象称为 霍尔效应 。
I
UH
B
FL
vl
C面
D面
A面
B面
d
FH
本章目录第五章 霍尔式传感器二、产生原因直接原因,运动电荷受洛仑兹力作用的结果。
电子受到的洛仑兹力：
电场力：
动态平衡：
霍尔电势：
e v BF L?
l
UeeEF H
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UvB H?
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洛仑兹力,磁场对运动电荷的作用力。
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第五章 霍尔式传感器
dlvendljI
den
BIU
H
或
dep
BIU
H
自由的电流密度结论,1、在相同方向的电流和磁场作用下，可通过霍尔电势 UH的方向来判断材料的类型（ N型或 P型）。
2、当控制电流的方向改变时，输出电势方向也随之改变；对磁场也是如此；若电流与磁场同时改变方向，霍尔电势极性不变。
N型半导体的电子浓度 P型半导体的空穴浓度第五章 霍尔式传感器三、霍尔系数和灵敏度
1、霍尔系数 RH
d
IBR
den
BIU H
H
en
11
enR H 1
RH可反映出霍尔效应的强弱，在相同的电流 I和磁场
B的作用下，对于同样尺寸的霍尔元件，材料的霍尔系数
RH越大，得到的霍尔电势 UH就越大。
电阻率：
：载流子的迁移率?
第五章 霍尔式传感器
2、霍尔灵敏度 KH
dend
RK H
H
1令：
IBKd IBRU HHH
KH反比于元件的厚度 d，降低厚度可提高灵敏度，但：
（ 1）元件的强度。太薄，易受损。
（ 2）元件的阻抗。太薄时阻抗大，元件的功率消耗大，
会引起温度升高。
KH可表示在单位电流，单位电场作用下，开路的霍尔电势的输出值。
则：
第五章 霍尔式传感器四、霍尔元件
1、霍尔元件的材料及其结构
（ 1）霍尔元件的材料半导体：锗、硅、砷化铟和锑化铟等半导体具有较高的载流子的迁移率和电阻率，
能获得明显的霍尔电势。
金属迁移率很高，但电阻率很低。
绝缘体具有较高的电阻率，但迁移率很小。
课本 P117,表 9-1 半导体材料在 300K的参数第五章 霍尔式传感器
（ 2）霍尔元件的结构一块矩形的半导体薄片，外壳用非导磁的金属、陶瓷或环氧树脂封装。
I
I
A B
C
D 控制电极（红色）
霍尔电极（蓝色）（必须在中间焊出引线）
H
外形 霍尔元件的符号第五章 霍尔式传感器
2、霍尔元件的主要技术指标
（ 1）输入，输出电阻输入电阻 Ri,控制电极之间的电阻输出电阻 Rv：霍尔电极之间的电阻
（ 2）额定激励电流 IC
测量应在没有外磁场，室温条件下进行，电流不超过额定的控制电流值。
霍尔元件在空气中产生的温升为 10 时所施加的控制电流值为额定激励电流 IC。
C?
第五章 霍尔式传感器
（ 3）不等位电势 U0与不等位电阻 R0
（ 4）交流不等位电势 UOA与寄生直流电势 UOD
不等位电势 U0,霍尔元件在控制电流为额定值 IC，
不加外磁场时霍尔电极间的空载电势。
不等位电阻 R0,R0=U0/IC
控制电流改用额定交流电流。
第五章 霍尔式传感器
（ 6）热阻 R0
（ 5）霍尔电势温度系数?
在一定的磁感应强度和控制电流下，温度每变化 1 时，霍尔电势值变化的百分率。
C?
霍尔电极开路，在霍尔片上输入 1mW的电功率时所产生的温升。
单位,mWC /?
本章目录第五章 霍尔式传感器第二节 霍尔元件的测量电路及应用一、基本测量电路
E
H
R
I Rfz U
fz
二、不等位电势的补偿 D
HA B
C
R1 R2
R4 R3
RP
本章目录第五章 霍尔式传感器三、温度补偿
1、采用恒流源当负载电阻比霍尔元件的输出电阻大得多时，输出电阻对输出的影响就很小，但这种情况下，只需考虑在输入端进行补偿。
E
R
最简单的恒流电路采用大电阻 R
第五章 霍尔式传感器晶体管恒流源电路
R
Rr
通过调节 Rr，可改变控制电流的大小，而其本身不消耗太多能量第五章 霍尔式传感器
2、利用输出回路负载补偿在输入端控制电流恒定，即输入端电阻随温度变化可以忽略的情况下，如果输出电阻随温度增加而增大，则会引起负载 Rfz上的电压随温度上升而减小。
而 Hz型（锗材料）元件的霍尔电势随温度增加而增加，利用这一关系，只要选择合适的负载电阻，就有可能补偿这种温度的影响。
E
R UH(t)
E RV(t)
Ri(t)
Rfz
温度 ↗
RV(t) ↗
UH(t)↗
Ufz↘
Ufz↗
Ufz不变第五章 霍尔式传感器
3、利用热敏电阻或电阻丝补偿对于温度系数大的半导体制成的霍尔元件，例如锑化铟材料的元件，常采用热敏电阻补偿锑化铟霍尔元件：电势随温度升高而下降，若能控制电流随温度升高而上升，就能达到补偿。
方法：
（ 1）在输入回路串热敏电阻，当温度上升时其值下降，是控制电流上升。
（ 2）输出回路补偿，负载上得到的霍尔电势随温度上升而下降的值可以通过热敏电阻阻值的减小来补偿。
第五章 霍尔式传感器四、霍尔式传感器的应用为了得到较大的霍尔电势输出，可采用输出迭加的连接方式。
E
直流供电，控制端并联 交流供电，控制端串联第五章 霍尔式传感器霍尔传感器可用于下述三个方面：
1、控制电流不变，输出正比于磁场强度。
对能转换为磁场强度变化的量都能测量。例如可进行磁场、位移、角度、转速、加速度等的测量。
2、磁场不变，输出正比于控制电流。
凡能转换为电流变化的各种量，均能测量。
3、输出正比于磁场强度和控制电流的乘积。
可用于乘法、功率等方面的计算和测量。
本章结束
