霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用

5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用5.2.1霍爾傳感器工作原理

半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當它的電流方向與磁場方向不一致時，半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用載流子受洛侖茲力霍爾電場強度平衡狀態(tài)電子運動平均速度上一頁下一頁返回因為霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾電勢霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾常數(shù)霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度：金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件。霍爾電勢與導(dǎo)體厚度d成反比：為了提高霍爾電勢值，霍爾元件制成薄片形狀?；魻栐`敏度（靈敏系數(shù)）半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運動平均速度）比空穴遷移率高，因此N型半導(dǎo)體較適合于制造靈敏度高的霍爾元件，上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路霍爾元件上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用圖（a）中，從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個相互垂直方向側(cè)面上，引出一對電極，其中1-1電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對2-2電極用于引出霍爾電勢，稱霍爾電勢輸出極。在基片外面用金屬或陶瓷、環(huán)氧樹脂等封裝作為外殼。圖（b）是霍爾元件通用的圖形符號。圖（c）所示，霍爾電極在基片上的位置及它的寬度對霍爾電勢數(shù)值影響很大。通?；魻栯姌O位于基片長度的中間，其寬度遠小于基片的長度。圖（d）是基本測量電路。

霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)當磁場和環(huán)境溫度一定時:

霍爾電勢與控制電流I成正比當控制電流和環(huán)境溫度一定時:

霍爾電勢與磁場的磁感應(yīng)強度B成正比當環(huán)境溫度一定時:

輸出的霍爾電勢與I和B的乘積成正比測量以上電阻時，應(yīng)在沒有外磁場和室溫變化的條件下進行。

上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾元件的主要特性參數(shù)：(1)輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻：控制電極間的電阻

輸出電阻：霍爾電極之間的電阻(2)額定控制電流和最大允許控制電流

額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時，對應(yīng)的控制電流值

最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對應(yīng)的控制電流值上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用(3)不等位電勢Uo和不等位電阻ro

不等位電勢：當霍爾元件的控制電流為額定值時，若元件所處位置的磁感應(yīng)強度為零，測得的空載霍爾電勢。不等位電勢是由霍爾電極2和之間的電阻決定的，r0稱不等位電阻

上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾元件的主要特性參數(shù)(4)寄生直流電勢霍爾元件零位誤差的一部分當沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制電流時，霍爾電極的輸出有一個直流電勢控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時，會產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個霍爾電極焊點的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢(5)霍爾電勢溫度系數(shù)在一定磁感應(yīng)強度和控制電流下，溫度每變化1度時，霍爾電勢變化的百分率。上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用5.3.4霍爾元件誤差及補償1.不等位電勢誤差的補償2.溫度誤差及其補償上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用1.不等位電勢誤差的補償可以把霍爾元件視為一個四臂電阻電橋，不等位電勢就相當于電橋的初始不平衡輸出電壓。上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用電勢的補償電路對稱電路

當溫度變化時，補償?shù)姆€(wěn)定性要好些上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用2.溫度誤差及其補償溫度誤差產(chǎn)生原因： 霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。 當溫度變化時，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器產(chǎn)生溫度誤差。上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用減小霍爾元件的溫度誤差選用溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施采用恒流源供電上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用恒流源溫度補償霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系KH0

為溫度T0時的KH值；溫度變化量；霍爾電勢的溫度系數(shù)。上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值時，它們的霍爾電勢隨溫度的升高而增加（1+α△t）倍。同時，讓控制電流I相應(yīng)地減小，能保持KHI不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ髟砑皯?yīng)用恒流源溫度補償電路當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時，旁路分流電阻自動地加強分流，減少了霍爾元件的控制電流上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用控制電流溫度升到T時，電路中各參數(shù)變?yōu)樯弦豁撓乱豁摲祷販囟葹門0時霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；分流電阻溫度系數(shù)。

霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用

為使霍爾電勢不變，補償電路必須滿足:

升溫前、后的霍爾電勢不變，經(jīng)整理，忽略高次項后得

上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用當霍爾元件選定后，它的輸入電阻和溫度系數(shù)及霍爾電勢溫度系數(shù)可以從元件參數(shù)表中查到（可以測量出來），用上式即可計算出分流電阻及所需的分流電阻溫度系數(shù)值?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ髟砑皯?yīng)用5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用優(yōu)點:

結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和壽命長應(yīng)用：電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應(yīng)強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用1.微位移和壓力的測量測量原理： 霍爾電勢與磁感應(yīng)強度成正比，若磁感應(yīng)強度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。應(yīng)用： 位移測量、力、壓力、應(yīng)變、機械振動、加速度上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用產(chǎn)生梯度磁場的示意圖位移量較小，適于測量微位移和機械振動上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾式壓力傳感器彈簧管磁鐵霍爾片上一頁下一頁返回霍爾傳感器的工作原理及應(yīng)用加速度傳感器上一頁下一頁返回