【精品课件】霍尔式传感器及应用
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大小和方向有关 不等位电势的大小和相位随交流控制电
流而变 不等位电势与控制电流之间并非线性关
系，而且U 0还随温度而变
常用的不等位电势的补偿电路
（2）温度补偿
① 恒流源供电，输入端并联电阻；或恒 压源供电，输入端串联电阻
输入端并联电阻补偿
输入端串联电阻补偿
② 合理选择负载电阻
霍尔电势的负载通常是放大器、显示器 或记录仪的输入电阻，其值一定，可用 串、并联电阻的方法使输出负载电压不 变，但此时，灵敏度将相应有所降低。
主要章节
7.1霍尔效应及霍尔元件 7.2霍尔传感器实用电路
7.1霍尔效应及霍尔元件
7.1.1 霍 尔 效 应
金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁
场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电
流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势UH，这种物理现象称为 霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。
霍尔效应原理
HT-2型
InSb 0.003～0.05 8×4×0.2 0.8±20% 0.5±20% 1.8±20% <0.005
HS-1型
InAS 0.01 8×4×0.2 1.2±20% 1±20% 1±20% <0.003
7.1.2 霍尔元件基本结构
1．霍尔元件的结构 霍尔片、引线和壳体组成
2.霍尔元件的连接
（1）当控制电流为直流输入时，为了得 到较大的霍尔输出，可将几块霍尔元件 的输出串联。但控制电流必须并联，决 不能串联。因为串联起来将有大部分控 制电流被相连的霍尔电势极短接。
（2）当控制电流为交流输入时，可采用 如图连接方式，这样可以增加霍尔输出 电势及功率。
7.1.3 霍尔元件主要参数及其误差
霍尔集成传感器分为线性集成电路和开关集成 电路。
1.线性集成传感器
线性霍尔集成传感器的特点是输出电压
与外加磁感应强度B呈线性关系 .
由霍尔元件HG、放大器A、差动输出电 路D和稳压电源R等组成
内部框图和输出特性
2.开关集成传感器
由霍尔元件HG、放大器A、输出晶体管VT、 施密特电路C和稳压电源R等组成，与线性集 成传感器不同之处是增设了施密特电路C，通 过晶体管VT的集电极输出
一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导
体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中，
B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半
导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑
兹力FB的作用
FB evB
在力FB的作用下，电子向半导体片的一
个侧面偏转，在该侧面上形成电子的积
累，而在相对的另一侧面上因缺少电子
而出现等量的正电荷。在这两个侧面上
1．主要特性参数
（1）乘积灵敏度KH （2）额定控制电流Icm （3）磁灵敏度KB （4）输入电阻Ri、输出电阻R。 （5）不等位电势Uo和不等位电阻Ro （6）寄生直流电势UOD （7）霍尔电势温度系数α
（8）工作温度范围
2.霍尔元件的误差及补偿
（1）不等位电势的补偿 不等位电势的大小和极性与控制电流的
第7章 霍尔式传感器及应用
引言
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中
发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应 太弱而没有得到应用。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。
使其中两个量不变，将第3个量作为变量， 或者固定其中一个量，其余两个量都作 为变量。
霍尔传感器结构简单、工艺成熟、体积 小、寿命长、线性好、频带宽，因而得 到广泛的应用。
1.测量位移
将霍尔传感器放置在呈梯度分布的磁场 中，通以恒定的控制电流，当传感器移 动时，元件上感知的磁场大小随位移发
参数名称
电阻率 几何尺寸 输入电阻 输出电阻 灵敏度 不等位电阻
符号 单位
HZ-1型 Ge（111）
HZ-2型 Ge（111）
HZ-3型
HZ-4型
材料（N）型
Ge（111） Ge（100）
HT-1型 InSb
·cm 0.8～1.2
0.8～1.2
0.8～1.2
0.4～0.5
0.003～0.01
L×b ×d
Ri
mm3
8×4×0.2 110±20%
Ru
100±20%
KH
mV/(m A·T)
>12
ro
<0.07
4×2×0.2 110±20% 100±20%
8×4×0.2 110±20% 100±20%
8×4×0.2 45±20% 40±20%
>12 <0.05
>12 <0.07
>4 <0.02
6×3×0.2 0.8±20% 0.5±20% 1.8±20% <0.005
产生霍尔电场EH。该电场使运动电子受 有电场力FE
FE eEH
电场力阻止Βιβλιοθήκη Baidu子继续向原侧面积累，当
电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电
荷的积累达到动态平衡，由于存在EH，
半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为
霍尔电势
UH
RH d
IBKHIB
磁场与薄片法线夹角为
UHKHIBcos
常用的霍尔元件材料
关集成传感器只有一个输出端，是以一定磁场 电平值进行开关工作的。由于内设有施密特电 路，开关特性具有时滞，因此有较好的抗噪声 效果。霍尔集成传感器一般内有稳压电源，工 作电源的电压范围较宽，可为3～16V。
开关集成传感器的内部框图和输 出特性
7.2.2 霍尔传感器的应用简介
霍尔电势是关于I、B、 3个变量的函数， 即EH=KHIBcos 。利用这个关系可以
锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。 其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、 温度性能和线性度都较好。N型硅的线 性度最好，其霍尔系数、温度性能同N 型锗相近。锑化铟对温度最敏感，尤其 在低温范围内温度系数大，但在室温时 其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较 小，温度系数也较小，输出特性线性度 好。
常用国产霍尔元件的技术参数
③ 采用热敏元件
最常采用的补偿方法
几种补偿电路
采用热敏元件的温度误差补偿电路
7.2霍尔传感器实用电路
7.2.1 霍尔集成传感器
将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出 电路等集成在一块芯片上，为用户提供了一种 简化的和较完善的磁敏传感器
其输出信号快，传送过程中无抖动现象，且功 耗低，对温度的变化是稳定的，灵敏度与磁场 移动速度无关。
流而变 不等位电势与控制电流之间并非线性关
系，而且U 0还随温度而变
常用的不等位电势的补偿电路
（2）温度补偿
① 恒流源供电，输入端并联电阻；或恒 压源供电，输入端串联电阻
输入端并联电阻补偿
输入端串联电阻补偿
② 合理选择负载电阻
霍尔电势的负载通常是放大器、显示器 或记录仪的输入电阻，其值一定，可用 串、并联电阻的方法使输出负载电压不 变，但此时，灵敏度将相应有所降低。
主要章节
7.1霍尔效应及霍尔元件 7.2霍尔传感器实用电路
7.1霍尔效应及霍尔元件
7.1.1 霍 尔 效 应
金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁
场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电
流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势UH，这种物理现象称为 霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。
霍尔效应原理
HT-2型
InSb 0.003～0.05 8×4×0.2 0.8±20% 0.5±20% 1.8±20% <0.005
HS-1型
InAS 0.01 8×4×0.2 1.2±20% 1±20% 1±20% <0.003
7.1.2 霍尔元件基本结构
1．霍尔元件的结构 霍尔片、引线和壳体组成
2.霍尔元件的连接
（1）当控制电流为直流输入时，为了得 到较大的霍尔输出，可将几块霍尔元件 的输出串联。但控制电流必须并联，决 不能串联。因为串联起来将有大部分控 制电流被相连的霍尔电势极短接。
（2）当控制电流为交流输入时，可采用 如图连接方式，这样可以增加霍尔输出 电势及功率。
7.1.3 霍尔元件主要参数及其误差
霍尔集成传感器分为线性集成电路和开关集成 电路。
1.线性集成传感器
线性霍尔集成传感器的特点是输出电压
与外加磁感应强度B呈线性关系 .
由霍尔元件HG、放大器A、差动输出电 路D和稳压电源R等组成
内部框图和输出特性
2.开关集成传感器
由霍尔元件HG、放大器A、输出晶体管VT、 施密特电路C和稳压电源R等组成，与线性集 成传感器不同之处是增设了施密特电路C，通 过晶体管VT的集电极输出
一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导
体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中，
B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半
导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑
兹力FB的作用
FB evB
在力FB的作用下，电子向半导体片的一
个侧面偏转，在该侧面上形成电子的积
累，而在相对的另一侧面上因缺少电子
而出现等量的正电荷。在这两个侧面上
1．主要特性参数
（1）乘积灵敏度KH （2）额定控制电流Icm （3）磁灵敏度KB （4）输入电阻Ri、输出电阻R。 （5）不等位电势Uo和不等位电阻Ro （6）寄生直流电势UOD （7）霍尔电势温度系数α
（8）工作温度范围
2.霍尔元件的误差及补偿
（1）不等位电势的补偿 不等位电势的大小和极性与控制电流的
第7章 霍尔式传感器及应用
引言
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中
发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应 太弱而没有得到应用。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。
使其中两个量不变，将第3个量作为变量， 或者固定其中一个量，其余两个量都作 为变量。
霍尔传感器结构简单、工艺成熟、体积 小、寿命长、线性好、频带宽，因而得 到广泛的应用。
1.测量位移
将霍尔传感器放置在呈梯度分布的磁场 中，通以恒定的控制电流，当传感器移 动时，元件上感知的磁场大小随位移发
参数名称
电阻率 几何尺寸 输入电阻 输出电阻 灵敏度 不等位电阻
符号 单位
HZ-1型 Ge（111）
HZ-2型 Ge（111）
HZ-3型
HZ-4型
材料（N）型
Ge（111） Ge（100）
HT-1型 InSb
·cm 0.8～1.2
0.8～1.2
0.8～1.2
0.4～0.5
0.003～0.01
L×b ×d
Ri
mm3
8×4×0.2 110±20%
Ru
100±20%
KH
mV/(m A·T)
>12
ro
<0.07
4×2×0.2 110±20% 100±20%
8×4×0.2 110±20% 100±20%
8×4×0.2 45±20% 40±20%
>12 <0.05
>12 <0.07
>4 <0.02
6×3×0.2 0.8±20% 0.5±20% 1.8±20% <0.005
产生霍尔电场EH。该电场使运动电子受 有电场力FE
FE eEH
电场力阻止Βιβλιοθήκη Baidu子继续向原侧面积累，当
电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电
荷的积累达到动态平衡，由于存在EH，
半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为
霍尔电势
UH
RH d
IBKHIB
磁场与薄片法线夹角为
UHKHIBcos
常用的霍尔元件材料
关集成传感器只有一个输出端，是以一定磁场 电平值进行开关工作的。由于内设有施密特电 路，开关特性具有时滞，因此有较好的抗噪声 效果。霍尔集成传感器一般内有稳压电源，工 作电源的电压范围较宽，可为3～16V。
开关集成传感器的内部框图和输 出特性
7.2.2 霍尔传感器的应用简介
霍尔电势是关于I、B、 3个变量的函数， 即EH=KHIBcos 。利用这个关系可以
锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。 其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、 温度性能和线性度都较好。N型硅的线 性度最好，其霍尔系数、温度性能同N 型锗相近。锑化铟对温度最敏感，尤其 在低温范围内温度系数大，但在室温时 其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较 小，温度系数也较小，输出特性线性度 好。
常用国产霍尔元件的技术参数
③ 采用热敏元件
最常采用的补偿方法
几种补偿电路
采用热敏元件的温度误差补偿电路
7.2霍尔传感器实用电路
7.2.1 霍尔集成传感器
将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出 电路等集成在一块芯片上，为用户提供了一种 简化的和较完善的磁敏传感器
其输出信号快，传送过程中无抖动现象，且功 耗低，对温度的变化是稳定的，灵敏度与磁场 移动速度无关。