霍尔元件的结构及工作原理 霍尔集成电路
霍尔元件原理
霍尔元件原理
霍尔元件原理
1、什么是霍尔元件：霍尔元件是一种特殊的传感器，由霍尔环、磁芯和形变控制部件组成，用于提供控制和测量有关的信息。
它的功能是检测、记录和发出变量。
2、霍尔元件的结构：霍尔元件由三个主要部分组成：霍尔环、磁芯和形变控制部件。
磁芯的作用是在霍尔环的边缘生成磁场，当磁芯移动时，该磁场也会随之变化，磁芯会把变化的信号转换为电信号。
形变控制部件负责控制磁芯的移动，当它受到外力作用时，就会改变磁芯的移动方向和速度。
3、霍尔元件的工作原理：当霍尔元件受到外力影响时，磁芯就会移动，这时形变控制部件就会改变磁芯的移动方向和速度，磁芯在霍尔环上移动后，会改变霍尔环的外磁场，而这些改变后的外磁场信号就可以转换成电信号通过处理器发送出去，从而实现相关测量功能。
4、霍尔元件的应用：霍尔元件常用于汽车工业、家用电器、工业机器和重型机械等领域，用于检测和监视各种机械工况。
例如，可以用它来检测汽车发动机的转速或曲轴位置，用于检测家用电器的温度、转速或压力等，还可以用于检测机械设备的位置、转速等参数。
霍尔器件工作原理
霍尔器件工作原理
霍尔器件工作原理是基于霍尔效应的原理。
霍尔效应是指当在导电材料中通过一定方向的电流时，如果该材料处于垂直磁场中，将会产生一种横向电场，这个现象就是霍尔效应。
在霍尔器件中，通常使用霍尔元件来检测或测量电流、磁场等物理量。
霍尔元件由霍尔芯片和霍尔电源组成。
霍尔芯片是由半导体材料制成，其中包含有多个电极。
霍尔电源用来提供电流给霍尔芯片，使其工作。
当通过霍尔芯片的电流受到垂直磁场的作用时，将会在芯片两侧产生电流差异，从而形成一个垂直于电流和磁场方向的电势差。
这个电势差可以被检测或测量，从而得到电流或磁场的相关信息。
霍尔器件的工作原理可以通过以下步骤来说明：
1. 霍尔电源向霍尔芯片提供电流。
通常情况下，霍尔芯片上有两个电极被连接到霍尔电源的正负极。
2. 当电流通过芯片时，如果置于垂直磁场中，将会在芯片两侧产生电荷分布差异。
3. 电荷分布差异将导致两侧形成电势差。
这个电势差被称为霍尔电势。
4. 霍尔电势可以被测量或检测。
一般情况下，会使用电压表或示波器等仪器来测量电势差的大小。
5. 通过测量霍尔电势的大小，可以得到与电流或磁场相关的信息。
例如，当检测电流时，电势差的大小与电流的强度成正比。
总之，霍尔器件利用霍尔效应来测量电流或磁场。
通过通电后，在器件中产生的电势差可以被检测或测量，从而获得所需的物理量信息。
霍尔开关的工作原理及应用范围
霍尔开关的工作原理及应用范围霍尔集成电路是霍尔元件与电子线路一体化的产品，它是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路和稳压电路利用集成电路工艺技术制成的。
它能感知一切与磁有关的物理量，又能输出相关的电控信息，所以霍尔集成电路既是一种集成电路，又是一种磁敏传感器，它一般采用DIP或扁平封装。
一、霍尔集成电路的原理当将一块通电的半导体薄片垂直置于磁场中时，薄片两侧由此会产生电位差，此现象称为霍尔效应。
此电位差称为霍尔电势，电势的大小E=KIB/d，式中K是霍尔系数，d为薄片的厚度，I为电流，B为磁感应强度。
图1示出霍尔效应的原理：在三维空间内，霍尔半导体平板在XOY平面内，它与磁场方向垂直，磁场指向Y轴的方向，沿X轴方向通以电流I，由于运动的电荷与磁场的相互作用，结果在Z轴方向上产生了霍尔电势E，一般其值可达几十毫伏。
为此，将霍尔元件与电子线路集成在一块约2mm*2mm的硅基片上，就做成了温度稳定性好、可靠性高的霍尔集成电路。
二、典型霍尔集成电路结构分析霍尔集成电路按输出方式可分为线性型和开关型，若按集成电路内部的有源器件可分为双极型和MOS型。
图2、图3分别示出了一种双极型霍尔集成电路内部的原理结构和逻辑结构，图2为开关型的，图3为线性型的。
在图2中IC内通过霍尔元件H的磁性检测反映为高低电平的输出。
V1、V2组成差分放大器，它将霍尔电势放大，其放大倍数约几十倍；V3、V4组成施密特触发器，它将放大的霍尔电势整形为矩形脉冲；V5、V6进一步对矩形脉冲缓冲放大；V7、V8为开路集电极输出管。
图2a中有两个输出端，这里之所以采用集电极开路输出结构，是因为它可以有较大的负载能力，且易于与不同类型的电路接口，但亦有部分霍尔集成电路采用发射极开路输出形式。
图3所示是线性霍尔集成电路的内部结构，其输出电压能随外加磁场强度的变化而连续变化，其输出变化曲线一般如图4所示。
它的特点是灵敏度高，输出动态范围宽、线性度好。
图3a中V1、V2为差分放大器，R1、R2射极电阻的负反馈展宽了电路的线性范围，V5、V6第二级差分放大使放大倍数很高。
霍尔元件的工作原理
霍尔元件的工作原理
霍尔元件是一种常见的电子元件，它的工作原理主要基于霍尔效应。
霍尔效应
是指当导体中的电流通过时，如果在导体两侧施加一个垂直于电流方向的磁场，就会在导体两侧产生一定的电压差。
这种现象就是霍尔效应，而利用这种效应制成的元件就是霍尔元件。
霍尔元件的工作原理可以简单概括为，当电流通过导体时，导体中的电子受到
磁场的作用而偏转，导致导体两侧产生电压差，这个电压差就是霍尔元件的输出信号。
具体来说，当导体中的电流方向与施加的磁场方向垂直时，电子受到洛伦兹力的作用而偏转，导致导体两侧产生电压差；当电流方向与磁场方向平行时，则不会产生电压差。
因此，通过测量霍尔元件的输出电压，就可以确定电流的方向和大小。
霍尔元件的工作原理基于电磁学和量子力学的基本原理，它在电子技术领域有
着广泛的应用。
首先，霍尔元件可以用来检测电流，因为它能够根据电流方向和大小产生相应的电压信号。
其次，霍尔元件还可以用来检测磁场，因为当施加的磁场发生变化时，霍尔元件的输出信号也会随之变化。
除此之外，霍尔元件还可以用来制作传感器、开关和电子元件等，具有重要的实用价值。
总的来说，霍尔元件的工作原理是基于霍尔效应，通过电流和磁场的相互作用
产生电压信号。
它在电子技术领域有着广泛的应用，可以用来检测电流、磁场，制作传感器、开关等。
霍尔元件的工作原理虽然看似简单，但是却有着重要的实用价值，对于现代电子技术的发展起着重要的作用。
霍尔元件内部结构及其应用图解
霍尔元件内部结构及其应用图解
霍尔元件内部结构及其应用图：霍尔元件内部结构其实十分简单如图1：基本原理是磁性材料和电桥与运算放大器构成：当有磁场通过霍尔元件内部的磁性材料时！霍尔元件内部的电桥平衡被破坏！这样使运算放大器产生输出变化。
根据这样的变化霍尔元件可形成形形色色的检测电路。
下面是霍尔元件的形成图解。
需要知道更加详细的原理请参考每一种霍尔元件的使用方法！
例如：你可以购买一个“有计数的CPU风扇”在它的内部就有一个完整“霍尔元件计数器电路”。
霍尔元件的结构及工作原理__霍尔集成电路
霍尔元件的结构及工作原理__霍尔集成电路霍尔元件是一种利用霍尔效应进行检测和测量的电子器件。
它的结构简单，主要由霍尔片、霍尔电源、输出电路和感应磁场组成。
一、霍尔片霍尔片是霍尔元件的核心部分，也是实现霍尔效应的关键元件。
它通常由n型半导体材料制成，采用非晶硅、晶硅或砷化镓等材料。
在霍尔片上面安装有电极，霍尔片的两侧还存在一个内部电源电压Vcc。
电源电压Vcc通过霍尔片产生的功耗供电，同时能够在霍尔片中建立电场，引起霍尔效应。
二、霍尔电源霍尔电源是为霍尔片提供所需电压的部分。
霍尔电源的作用是为霍尔片提供适当的电场。
霍尔电源通常由稳压电源组成，可以提供固定的电压，确保霍尔片的灵敏度和稳定性。
三、输出电路输出电路是将霍尔元件的输出信号转化为可用于测量或控制的电信号的部分。
它通常由运算放大器和滤波器等电子元件组成。
输出电路的作用是放大霍尔片的输出信号，并将其转换为适当的电压或电流信号，以便进行后续的处理。
四、感应磁场霍尔元件的工作原理是基于霍尔效应。
霍尔效应是指当电流通过一块载流子密度为n的导体时，在垂直于电流方向的磁场作用下，将在导体两侧的边界处产生一个电场，从而形成一个电势差，即霍尔电势差。
霍尔电势差的大小与磁感应强度、电流和导体的特定参数有关。
1. 在磁场存在时，电源电压Vcc产生电场，使得霍尔片内部形成一个电势差。
如果没有磁场作用，电势差为零。
2.当磁场作用在霍尔片上时，载流子受到洛伦兹力偏转，从而引发霍尔电势差。
3.霍尔电势差通过输出电路放大并转换为可测量或控制的电信号。
4.根据霍尔电势差的大小和方向，可以确定磁场强度和方向。
霍尔元件具有许多优点，如响应速度快、稳定性好、线性范围广等。
因此，它广泛应用于磁场检测、电流测量、电机控制、笔记本电脑、手机等电子设备中。
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。
(a)3脚组件(b)4脚组件(c)5脚组件图2 霍尔组件使用方法种类及接法构造：无铁心型铁心型测试用探针霍尔集成电路接法：三端子组件四端子组件五端子组件用途霍尔组件有下列三种用法：(A) 事先使一定电流流过霍尔组件，用以检出磁场或变换成磁场的其它物理量的方法。
霍尔元件的结构及工作原理.
霍尔效应: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EH，导 电薄膜越薄，灵敏度就越高。
影响霍尔电动势的因数
流入激励电流端（a、b）的电流Iab越大，电子 和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。 作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子受到的 洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。 薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素 对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的 厚度为δ，霍尔元件中的电子浓度为n，电子的电 荷量为e，则霍尔电动势EH可用下式表示：
Bcos，这时的霍尔电动势为
EH=KHIBcos
磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示
d
a
a
b
c
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。 当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率 的交变电势。
霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
调零后的
半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，和磁场的方向上将产生电动势EH，这种 现象称为霍尔效应。
d
a
b
c
磁感应强度B为零时的情况
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
8μA 0.8mA 8mA 80mA
霍尔元件的等效电路
在a、b、c、d四个端点之间,等效于一个四臂电桥
霍尔元件的不等位电动势及调零
在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输 出端之间的开路电压称为不等位电动势E0，它是由于 4个电极的几何尺寸不对称引起的。
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霍尔元件的结构及工作原理
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EH，这种现象称为霍尔效应。
d a c
b
磁感应强度B为零时的情况
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磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示： EH=KH IB
5μ A
2018/10/14
0.1mA
2mA
80mA
6
第二节
霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差 动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。
线性型三端 霍尔集成电路
15
2018/10/14 9
开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
VccΒιβλιοθήκη 霍尔 元件施密特 触发电路
OC门
.
双端输入、 单端输出运放
2018/10/14
10
开关型霍尔集成电路 （OC门输出）的接线
请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.
2018/10/14
11
开关型霍尔集成电路 与继电器的接线
?
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
2018/10/14
2
霍尔效应演示
d
a b c 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的 作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端 面之间建立起霍尔电势。
2018/10/14 3
磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
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 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Bcos，这时的霍尔电势为
回差越 大，抗振动 干扰能力就 越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉 时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多 少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相 当于多少高斯（Gs）？
2018/10/14 13
作业 p135：2、3、5、6
2018/10/14
14
出去活动一下
2018/10/14
2018/10/14 7
线性型霍尔特性
右图示出了具有双 端差动输出特性的线性 霍尔器件的输出特性曲 线。当磁场为零时，它 的输出电压等于零；当 感受的磁场为正向（磁 钢的S极对准霍尔器件 的正面）时， 输出为 正；磁场反向时，输出 为负。
2018/10/14
请画出线性范围
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开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流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，则霍尔电势为同 频率的交变电势。
2018/10/14 4
霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少 2018/10/14 高斯至正的多少高斯？
5
霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM : 由于霍尔电势随激励电流增大而增大， 故在应用中总希望选用较大的激励电流。但 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。
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？