霍尔元件广泛应用的四大领域

传感器是电子信息装备制造业中的基础类产品,是重点发展的新型电子元器件中的特种元器件.传感器产业作为国内外公认的具有发展前途的高技术产业,以其技术含量高,经济效益好,渗透能力强,市场前景广等特点为世人瞩目。

在蓬勃发展的电子信息产业市场的推动下,我国传感器已形成了一定的产业基础,并在技术创新,自主研发,成果转化和竞争能力等方面有长足进展,为促进国民经济发展作出了重要贡献.。

而常见的霍尔元件传感器在很多行业都有着重要的应用,而且现在有很多行业试图在开放利用霍尔元件传感器来实现自动化.霍尔元件传感器目前最重要的应用领域主要是涉及到四大类:机械制造,医疗设备,汽车电子产业,通信技术等领域。

一，在机械制造方面,工业领域应用的传感器,如工艺控制,工业机械以及传统的;各种测量工艺变量如温度,液位,压力,流量等的;测量电子特性和物理量的,以及传统的接近/定位传感器发展迅速。

二，在医疗设备方面,专用设备主要包括医疗,环保,气象等领域应用的专业电子设备.目前医疗领域是传感器销售量巨大,利润可观的新兴市场。

三，汽车电子产业方面,现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用压力传感器的数量和水平,目前一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器,而要求传感器件向小型化,低成本和高可靠性方向发展.。

四，在通信方面,手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战,彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例.此外,应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器,用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。

霍尔元件分类及其特性

二：霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如下图所示，是其中一种型号的外形图三：霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种: 1.线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 2.开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

配合差分放大器使用霍尔元件产生的电势差很小，一般在毫伏量级，所以在使用时要进行一定的放大处理（如下图）配合触发器用在上述电路的基础上，再添加一个施密特触发器用作阈值检测，则可以使霍尔器件输出数字信号,结构图如下：集成场效应管在上述电路的基础上添加一个场效应管，可以

增强霍尔开关的驱动能力（可以直接驱动LED、继电器等）四：霍尔传感器的特性 1.线性型霍尔传感器的特性 2.开关型霍尔传感器的特性如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP 为释放点“关”的磁感应强度当外加的磁感应强度。超过动作点 Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop 与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

A3144是开关霍尔传感器五：开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。 1．测转速或转数如图所示，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。

霍尔电流传感器的应用场合

霍尔电流传感器的应用场合 1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理：霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。

霍尔元件技术指标参考

霍尔元件技术指标 1相关参数 1.1封装形式 TO-92（三脚插片），SOT-23（三脚贴片）。还有SIP-4（四脚插片），SOT-143 （四脚贴片）和SOT-89（四脚贴片） 1.2电源有3.5~24V ，2.5~3.5V ，2.5~5V 1.3灵敏度Kh 数量级在C m /103 3 ，且数值越大灵敏度越高 1.4霍尔电势温度α α越小，设备精确度越大（必要时可以增加温度补偿电路） 1.5额定控制电流 c I 一般在几mA~几十mA ，尺寸越大其值越大（尺寸大的可达几百mA ） 1.6型号开关型的、线性的、单极性的、双极性的。双极开关霍尔元件：177A 、177B 、 177C 单极霍尔开关元件：AH175、732、1881、S41、SH12AF 、3144、44E 、3021、137、AH137、AH284线性霍尔元件：3503、S496B 、49E 锁定霍尔元件：ATS175、AH173、SS413A 、3172、3075互补双输出开关霍尔元件：276A 、276B 、276C 、277A 、277B 、277C 信号霍尔元件：211A 、211B 、211C 微功耗霍尔元件：TEL4913、TP4913、A3212、A3211。（具体霍尔开关元件见附录） 1.7输入电阻和输出电阻一般在几Ω到几百Ω，且输入电阻要大于输出电阻 1.8外接上拉电阻一般大于1K Ω。对一般TTL 电路，由于其高电平电压较低，用于驱动CMOS 电路时，增加上拉电阻，可以提高其高电平的电压。常用的阻值是4.7k 或10k 。上拉电阻的是接在1脚电源Vcc 和3脚信号输出Vout 之间。 1.9功能分类按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。都是输出高电平脉冲信号,不同的是开关型相当于到GS 设定值时电平反转；线性的可能是电压逐渐变化,到一定时使后处理电路输出反电平。一般建议用线性的,开关型常因为温度等原因使得设定值漂移,导致灵敏度下降。 1.10霍尔工作点霍尔的工作点一般在：单极开关60到200，双极锁定在100内（单位GS ）。 1.11霍尔工作频率一般霍尔的工作频率在100KHZ 以上

霍尔元件应用

霍尔元件应用霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应如图1 所示，系指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。图1 霍尔组件之原理在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁的作用（有磁场），而改变电子进的方向。电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电），将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论：(1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。(2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。图2 系表示3～5 端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使

霍尔传感器的分类、霍尔效应与霍尔传感器的应用

霍尔传感器的分类、霍尔效应与霍尔传感器的应用霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。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，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为。式中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。（一）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。（二）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线

常用霍尔元件封装图以及霍尔元件对应型号和霍尔的应用

常用霍尔元件封装图以及霍尔元件对应型号和霍尔的应用三脚插片封装是霍尔元件常用的一种封装形式，它的英文简称是 TO-92或者SlP-3。三脚插片封装都有标准尺寸，在厚度上会有细微的厚薄之分，但不影响使用。常用的三脚插片封装霍尔元件型号有 YS4仆.YS43F,YS44E,YS188,YS282 等等。单极，双极锁存，全极性霍尔所用三脚插片封装形式最多，可用于无刷电机，速度检测，家用电器，玩具设备，便携式电子等所有工控领域。霍尔三脚插片 TO-92/SIP-3 封装图管腿说明：1?电源2.地3?输出

霍尔三脚贴片SOT-23封装图霍尔元件封装形式中的三脚贴片封装（SOT-23）是一种小型化的封装，它的封装体积有大有小，贴片封装相比插片封装在安装上更便捷，也更节省人工。常用的霍尔元件三脚贴片封装型号有： YS39E,YS1254,YS3254,YS282等。

霍尔四脚贴片 SOT-23-4封装图狂9±口】 OE IE 0 方霍尔元件四脚贴片（SOT-23-4）封装形式，这种封装形式的霍尔有四个管脚，双输入，双输出。四脚贴片霍尔常用型号有： HG-106C,HG106A,HG166A,HW101A,HW108A 等等,并且以线性霍尔元件居多。主要用于磁场检测，仪器仪表，电流传感器等。一样接 F?ning _ ? ■;jFζκ; fc / 1-, 続 ,J 入力“ InPUt B) ■ ????g - 厂士 04 F≡= ∣?∣ L∩ ■ 0~0?1

霍尔四脚插片DIP-4封装图霍尔元件四脚插片（ DIP-4）封装形式，四脚插片霍尔常用型号有： HG-302C,HG-302A,HG-362A,HW-300B,HW-302B,HW-322B 等等,四脚插片封装是双输入，双输出。以线性霍尔元件居多。 HG 系列四脚霍尔主要用于恒流源， HW 系列四脚霍尔主要用于恒压源。多用于电流传感器，高斯计等磁检测产品中。 1 ---- - Γ M -?≡- NE b□ — Γ M r 熾一接続 Pinning 入力 InPUt 出力 OUtPUt ??fc? ■ " ??, ? ? 4(+) _ _ 0.95-EJ 汁 02

霍尔元件测量磁场

4.1.1. 霍尔元件测量磁场置于磁场中的载流导体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场。这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。利用它可以测量磁场；可以研究半导体中载流子的类别和特性等；也可以利用它制作传感器，用于磁读出头、隔离器，转速仪等。量子霍耳效应更是当代凝聚态物理领域最重要的发现之一，它在建立国际计量的自然基准方面也起了重要的作用。【实验目的】 1.了解霍耳效应法测量磁场的原理和方法。 2.测定所用霍耳片的霍耳灵敏度。 3.用霍耳效应法测量通电螺线管轴线上的磁场。 4.用霍耳效应法测量通电线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场，验证磁场叠加原理，验证亥姆霍兹线圈中央存在均匀磁场。【实验原理】 1．霍耳效应及其测磁原理把一块半导体薄片（锗片或硅片等）放在磁感应强度大小为B 的磁场中（B 的方向沿z 轴方向），如图4.5.1所示。从薄片的四个侧面A 、A ’、D 、D ’上分别引出两对电极，沿纵向（即x 轴正向）通以电流 I H ，则在薄片的两个横向面D 、D ’之间就会产生电势差，这种现象称为“霍耳效应”，产生的电势差称为霍耳电势差。根据霍耳效应制成的磁电变换元件称为霍耳元件。霍耳效应是由洛伦兹力引起的，当放在垂直于磁场方向的半导体薄片通以电流后，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力F B ： B v F B ?=q （4.5.1）式中，q 、v 分别是载流子的电荷和移动速度。载流子受力偏转的结果使电荷在D 、D ’两端面积聚而形成电场（图4.5.1中设载流子是负电荷，故F B 沿y 轴负方向），这个电场又给载流子一个与F B 反设方向的电场力F E 。设E 表示电场强度，U DD ’表示D 、D ’间的电势差，b 表示薄片宽度，则 b U q qE F DD E ' == （4.5.2）达到稳定状态时，电场力和洛伦兹力平衡，有 E B F F = 即 b U q qvB DD ' = 图4.5.1 霍尔效应原理图

霍尔元件技术指标参考

霍尔元件技术指标1相关参数 1.1封装形式TO-92（三脚插片），SOT-23（三脚贴片）。还有SIP-4（四脚插片），SOT-143（四脚贴片）和SOT-89（四脚贴片） 1.2电源有3.5~24V， 2.5~ 3.5V，2.5~5V 33C/10m 1.3灵敏度Kh 数量级在，且数值越大灵敏度越高?? 1.4霍尔电势温度越小，设备精确度越大（必要时可以增加温度补偿电路） I c一般在几mA~几十额定控制电流mA，尺寸越大其值越大（尺寸大的可达几百mA）1.51.6型号开关型的、线性的、单极性的、双极性的。双极开关霍尔元件：177A、177B、177C单极霍尔开关元件：AH175、732、1881、S41、SH12AF、3144、44E、3021、137、AH137、AH284线性霍尔元件：3503、S496B、49E锁定霍尔元件：ATS175、AH173、SS413A、3172、3075互补双输出开关霍尔元件：276A、276B、276C、277A、277B、277C信号霍尔元件：211A、211B、211C微功耗霍尔元件：TEL4913、TP4913、A3212、A3211。（具体霍尔开关元件见附录） 1.7输入电阻和输出电阻一般在几Ω到几百Ω，且输入电阻要大于输出电阻 1.8外接上拉电阻一般大于1KΩ。对一般TTL电路，由于其高电平电压较低，用于驱动CMOS电路时，增加上拉电阻，可以提高其高电平的电压。常用的阻值是4.7k或10k。上拉电阻的是接在1脚电源Vcc和3脚信号输出V out之间。 1.9功能分类按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。都是输出高电平脉冲信号,不同的是开关型相当于到GS设定值时电平反转；线性的可能是电压逐渐变化,到一定时使后处理电路输出反电平。一般建议用线性的,开关型常因为温度等原因使得设定值漂移,导致灵敏度下降。。）GS（单位内100双极锁定在，200到60单极开关霍尔的工作点一般在：霍尔工作点1.10．100KHZ以上一般霍尔的工作频率在1.11霍尔工作频率由具体型号及供电电源决定，一般来讲，输出幅度比供电电源略低。输出幅值 1.12的到90% 经过霍尔器件的信号在上升时有一定延迟，取上升10%1.13输出方波延迟时间数量级。时间段作为参考，一般在ms霍尔元件升高的温度值称为它的热阻，，霍尔元件工作时功耗每增加1W热阻Rth 1.14/w ℃它反映了元件散热的难易程度，一般热阻越小散热越好。单位

霍尔效应和霍尔元件特性测定数据处理范例

霍尔效应和霍尔元件特性测定数据处理范例 1．霍尔元件的不等位电势差测定 0M I =（2）在坐标纸上作出不等位电势差与工作电流的关系曲线。 V /m V I s /mA 图1：不等位电势差与工作电流的关系曲线 2．励磁电流一定，霍尔元件灵敏度测定（仪器公差取数字仪表显示数据末位的5倍，如霍尔工作电流示值误差： 0.05S I m mA ?=；霍尔电压示值误差： 0.05H V m mV ?=；励磁电流示值误差：0.005M I m A ?=） ⑴ 霍尔电压与霍尔电流关系测试数据表： H S V I -500M I mA =0.25 0.28 －0.23 0.22 -0.29 0.26 0.50 0.56 -0.44 0.44 -0.56 0.50 0.75 0.85 -0.67 0.67 -0.85 0.76 1.00 1.12 -0.88 0.88 -1.12 1.00 1.25 1.41 -1.10 1.11 -1.41 1.26 1.50 1.69 -1.32 1.32 -1.68 1.50 1.75 1.97 -1.54 1.54 -1.96 1.75

2.00 2.25 -1.76 1.77 -2.24 2.01 2.25 2.54 -1.97 1.99 -2.52 2.26 2.50 2.82 -2.19 2.21 -2.80 2.51 2.75 3.10 -2.41 2.44 -3.08 2.76 3.00 3.39 -2.63 2.66 -3.36 3.01 ⑵ 利用逐差法计算霍尔元件灵敏度及其不确定度（0.683p =）。 H H H S S V V K I B I B ?= = ?? a ）利用逐差法计算H V ?的平均值及不确定度估算（该部分逐差法计算可用数据处理软件的逐差法进行计算） 7182931041151261.750.26 1.49, 2.010.50 1.51,2.260.76 1.50, 2.51 1.00 1.51, 2.76 1.26 1.50, 3.01 1.50 1.51H H H H H H H H H H H H V V mV V V mV V V mV V V mV V V mV V V mV -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= 1.50H V mV ?= 某次测量的标准偏差：0.0082H V S mV ?=，平均值的标准偏差： 0.0033H V S mV ?= 肖维涅系数 6 1.73n c c ==， 1.730.00820.014186H n V c S mV ?*=*= 根据肖维涅准则（坏值条件： *i H H H n V V c S ?-?>）检验无坏值出现。（注：如坏值超过两个, 请说明后用作图法处理） H V ?不确定度估算： 1.110.00330.0037H A vp V u t S mV ?==?=, （0.683p =） 0.041B p u mV ==== （0.683p =） 0.041H V u mV ?=== 0.041 0.0271.50 H H V V H u E V ??= = =? b ）S I ?的不确定度估算（该部分计算也可用数据处理软件的逐差法进行计算） 1.50S I mA ?= 0.029S p u k mA I ?=== （0.683p =） 0.0290.0191.50 S S I I S u E I ===? （0.683p =） c ）磁感应强度B 及其不确定度的计算螺线管参数：线圈匝数N=1800匝，有效长度2L ＝181mm ，等效半径R ＝21mm 1800 2181 N n L = = 匝/mm

霍尔效应的应用实验报告

一、目的： 1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 2．测绘霍尔元件的V H —Is ，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工作电流Is ，磁场应强度B 及励磁电流IM 之间的关系。 3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。 4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。二、器材： 1、实验仪：（1）电磁铁。（2）样品和样品架。（3）Is 和I M 换向开关及V H 、V ó 切换开关。 2、测试仪：（1）两组恒流源。（2）直流数字电压表。三、原理：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图15-1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样 A-A / 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。即有 ) (P 0)() (N 0)(型型?>?

霍尔元件及其应用

霍尔元件及其应用霍尔元件及其应用摘要: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。本文简要介绍其工作原理，产品特性及其典型应用。 1 引言霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是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、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速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。 2 霍尔效应和霍尔元件 2.1 霍尔效应如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。

（a）霍尔效应和霍尔元件这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。 (1) 或(2) 或(3) 在上述（1）、（2）、（3）式中VH是霍尔电压，ρ是用来制作霍尔元件的材料的电阻率，μn是材料的电子迁移率，RH 是霍尔系数，l、W、t分别是霍尔元件的长、宽和厚度，f(I/W)是几何修正因子，是由元件的几何形状和尺寸决定的，I是工作电流，V是两电流电极间的电压，P是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可见，在霍尔元件中，ρ、RH、μn决定于元件所用的材料，I、W、t和f(I/W)决定于元件的设计和工艺，霍尔元件一旦制成，这些参数均为常数。因此，式(1)～(3)就代表了霍尔元件的三种工作方式所得的结果。(1)式表示电流驱动，(2)式表示电压驱动，(3)式可用来评估霍尔片能承受的最大功率。为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,令工作电流恒定,因而,被测磁场的磁感应强度B可用霍尔电压来量度。在一些精密的测量仪表中，还采用恒温箱，将霍尔元件置于其中，令RH保持恒定。若使用环境的温度变化，常采用恒压驱动，因和RH比较起来，μn随温度的变化比较平缓，因而VH受温度变化的影响较小。为获得尽可能高的输出霍尔电压VH，可加大工作电流，同时元件的功耗也将增加。(3)式表达了VH能达到的极限——元件能承受的最大功耗。

实验五用霍尔元件测量磁场

实验五用霍耳元件测量磁场一、实验目的 1．了解霍耳效应的产生机理。 2．掌握用霍耳元件测量磁场的基本方法。二、实验仪器霍尔效应实验仪。三、实验原理 1、什么叫做霍耳效应？若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B（沿z轴）垂直于电流I H（沿x轴）的方向，如图1 U H，这个现象称为霍耳效应。图1 霍耳效应原理这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。霍耳效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。还可以用霍耳效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。用霍耳效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。（1）用什么原理来解释霍耳效应产生的机理？霍耳电势差是这样产生的：当电流I H通过霍耳元件（假设为P型）时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力 ) (B v F? =q B（1）式中q为电子电荷。洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E，直到电场对载流子的作用力F E=q E与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即 E B v q q= ?) (（2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍耳电势差就是由这个电场建立起来的。

如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍耳电势差有不同的符号，据此可以判断霍耳元件的导电类型。（2）如何用霍耳效应侧磁场？设P 型样品的载流子浓度为p ，宽度为b ，厚度为d 。通过样品电流I H ＝pqvbd ，则空穴的速度v ＝I H ／pqvbd ，代入（2）式有 pqbd B I E H = ?=B v （3）上式两边各乘以b ，便得到 d B I R pqd B I Eb U H H H H == = （4） pq R H 1= 称为霍耳系数。在应用中一般写成 U H ＝K H I H B . （5）比例系数K H ＝R H ／d ＝1／pqd 称为霍耳元件灵敏度，单位为mV/(mA ·T)。一般要求K H 愈大愈好。K H 与载流子浓度p 成反比。半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以都用半导体材料作为霍耳元件。K H 与片厚d 成反比，所以霍耳元件都做的很薄，一般只有0.2mm 厚。由（5）式可以看出，知道了霍耳片的灵敏度K H ，只要分别测出霍耳电流I H 及霍耳电势差U H 就可算出磁场B 的大小。这就是霍耳效应测磁场的原理。 2、如何消除霍耳元件副效应的影响？在实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，它使所测得的电压不只是U H ，还会附加另外一些电压，给测量带来误差。这些热磁效应有埃廷斯豪森效应，是由于在霍耳片两端有温度差，从而产生温差电动势U E ，它与霍耳电流I H 、磁场B 方向有关；能斯特效应，是由于当热流通过霍耳片（如1，2端）在其两侧（3，4端）会有电动势U N 产生，只与磁场B 和热流有关；里吉-勒迪克效应，是当热流通过霍耳片时两侧会有温度差产生，从而又产生温差电动势U R ，它同样与磁场B 及热流有关。除了这些热磁副效应外还有不等位电势差U 0，它是由于两侧（3，4端）的电极不在同一等势面上引起的，当霍耳电流通过1，2端时，即使不加磁场，3和4端也会有电势差U 0产生，其方向随电流I H 方向而改变。因此，为了消除副效应的影响，在操作时我们要分别改变I H 的方向和B 的方向，记下四组电势差数据，作运算并取平均值：由于U E 方向始终与U H 相同，所以换向法不能消除它，但一般U E <

霍尔传感器的原理及应用

第八章霍尔传感器课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析难点：开关型霍尔集成电路的特性重点：霍尔传感器的应用教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元件、霍尔传感器各教学环节和内容演示1：将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣器不响。当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通，蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。演示2：将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。第一节霍尔元件的工作原理及特性一、工作原理金属或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E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。

图8-1霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件：其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。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θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2）从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。二、主要特性参数（1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。（2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，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。提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs

霍尔元件简介及应用

霍尔元件简介及应用霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应如图1所示，系指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。图1 霍尔组件之原理

在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁力的作用（有磁场），而改变电子行进的方向。若电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电洞），将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论： (1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。 (2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。图2系表示3～5 端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使在无磁场时，也有起因于组件形状之不平衡等因素之不平衡电压存在。

霍尔元件

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。霍尔开关的功能类似干簧管磁控开关，但是比它寿命长，响应快无磨损，而且安装时要注意磁铁的极性，磁铁极性装反无法工作。

内部原理图及输入/输出的转移特性产品3：M12霍尔式接近开关（NPN三极管驱动输出）15元一个检测距离：1～10毫米工作电压：3～28V直流工作电流：小于5毫安响应频率：5000HZ 输出驱动电流：100毫安，感性负载50毫安温度范围：－25～70度安装方式：埋入式

《霍尔元件通用技术条件》编制说明

《霍尔元件通用技术条件》编制说明（征求意见稿）一、工作简况 1、任务来源本项目是工业和信息化部行业标准制修订计划（工信厅科[2017] 70号），计划编号：2017-0581T-JB，项目名称“霍尔元件通用技术条件”进行修订，标准起草牵头单位：沈阳仪表科学研究院有限公司，计划应完成时间2019年。 2、主要工作过程起草（草案、调研）阶段：沈阳仪表科学研究院有限公司接受本标准的修订任务后，于2018年1月组织成立了标准编制工作组，制定了标准修订计划，修订工作组对霍尔元件的定义、基本参数、要求、试验方法、检验规则、标志、包装及贮存等进行了总结和归纳。在参照了国外相关标准和1999年发布的《霍尔元件通用技术条件》的基础上，根据各参编单位提出的意见，工作组经全方位的讨论、研究、修改及补充，确立了本《工作组讨论稿》的结构框架及基本内容。 2018年8月2日和8月9日在沈阳仪表科学研究院有限公司分别召开两次编制工作组会议。会上对标准工作组讨论稿进行了逐字逐句的讨论，工作组根据各位成员的意见，对标准进行修改，形成本征求意见稿及编制说明。征求意见阶段：审查阶段：报批阶段： 3、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等本标准由沈阳仪表科学研究院有限公司、国家仪器仪表元器件质量监督检验中心、传感器国家工程研究中心、中国仪器仪表协会传感器分会、海宁嘉晨汽车电子技术有限公司、杭州电子科技大学等单位共同起草。工作组主要成员：徐丹辉、李洪儒、张阳、于振毅、王松亭、郑楠、钱正洪、白茹。工作安排：徐丹辉任修订工作组组长，全面负责标准修订工作，李洪儒、钱正洪负责对各阶段标准的审核。李洪儒、张阳负责与参编单位沟通、协调工作组内的意见。王松亭、郑楠、白茹负责标准资料收集、确定标准相关技术参数等工作。于振毅负责对资料进行总结和归纳、对各方面意见及建议的归纳分析，并提出内部修改意见。

霍尔传感器的工作原理、分类及应用

霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。一、霍尔效应霍尔元件霍尔传感器霍尔效应如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B 的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为。式中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。（二）霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、

体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。（三）霍尔传感器由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。二、霍尔传感器的分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。（一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。（二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】

大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。阐述了霍尔效应的原理，霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。霍尔效应霍尔元件应用一、霍尔效应原理霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。霍尔效应是载流试样在与之垂直的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而在垂直于电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生横向电势差UH的现象。电势差UH称为霍尔电压，EH称为霍尔电场强度。此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反的霍尔电场力作用，当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时，霍尔电压保持相对稳定。二、霍尔元件的特点和分类 1.霍尔元件的特点。霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，调试方便等。霍尔元件和

永久磁体都能在很宽的温度范围(-40℃～1 50℃)、很强的振动冲击条件下工作，且磁场不受一般介质的阻隔。另外它的变换器组件能够和相关的信号处理电路集成到同一片硅片上，体积小，成本低，且具有较好的抗电磁干扰性能。 2.霍尔元件的分类。按照霍尔元件的结构可分为：一维霍尔元件、二维霍尔元件和三维霍尔元件。一维霍尔元件又被称为单轴霍尔元件，它的主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。运用此类器件时，就可将与适当的小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。二维霍尔元件的结构是二维平面，也被称为平面霍尔元件；三维霍尔元件通常被称为非平面霍尔元件。霍尔元件按功能可分为：线形元件、开关、锁存器和专用传感器。三、霍尔效应的应用人们在利用霍尔效应原理开发的各种霍尔元件已广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航天航空等工业部门及国防领域。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为直接应用和间接应用。直接应用是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，间接应用是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，如力、力矩、压力、应力、