测量集成霍尔传感器的灵敏度
霍尔法测量通电螺线管内的磁场分布实验讲义
用上述测量数据得到的斜率 U ，以通电螺线管中心点磁感应强度理论计算值为标准 I M
值，计算 95A 型集成霍尔传感器的灵敏度 K。
对于有限长螺线管来说，管中的磁感应强度理论计算值为 B 0
N L2 D2
IM
。95A
型集
成霍尔传感器的灵敏度 K 的定义为 K U 。由此可知，对于有限长螺线管，集成霍尔传
点，那么式(9)可写作：
B
1 2
0
N L
I
l0 x
R2 l0 x2
l0 x
R2
l0
x2
(12)
由式(12)可求得螺线管中心（ x 0 ）处的磁感应强度为：
B0 0
NI L2 D2
(13)
同样，可求得螺线管两端，如右端（ x l0 ）处的磁感应强度为：
BL
2
1 2
0
N L2 R2
当螺线管无限长时，在螺线管中心， 1=0、2 ，则磁感应强度为
B
0
N L
I
(10)
在两端，如左端， 1 0,
2
2
，仍带入式（9），求出端部的磁感应强度为
B
1 2
0
N L
I
(11)
可见无限长螺线管螺线管两端的磁感应强度值等于螺线管中心的磁感应强度值一半。
图 3 螺线管剖面示意图
若螺线管的长度有限，设长度为 L 2l0 ，直径为 D 2R ，取螺线管的中点 O 为 x 轴的原
片（图中所示为 n 型半导体，其载流子为带负电荷的 w
电子），且磁场 B 垂直作用于该半导体，则由于受到洛
伦茨力的作用，在薄片 b 侧将有负电荷积聚，使薄片
b 侧电势比 a 侧低。这种当电流垂直于外磁场方向通 过半导体时，在垂直于电流和磁场的方向，半导体薄
霍耳效应--螺线管磁场的测定
图2 霍耳元件南宁师范大学 物理与电子工程学院 LJY 整理实验十八 霍耳效应一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法；3.精确测量通电螺线管磁场分布。
二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b 之间电荷聚集形成横向电场（即霍耳电场），由此产生电势差，这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B 垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
横向电场力e f 随电荷积累增多而增大，当达到恒定状态时，电场力与洛伦兹力达到平衡，B e f f =，霍耳元件两侧电荷的积累就达到平衡，故有：LU eevB H=。
式中L 是霍耳元件长度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
图3 95A 型集成霍耳元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：KU KU B '=-=)500.2( 式中U 为集成霍耳传感器的输出电压，K 为该传感器的灵敏度，U '经用2.500V 外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV 档读数)。
三、实验仪器ICH-2新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源0—0.500A；直流稳压电源输出二档(2.4V—2.6V 和4.8V—5.2V)；四位半数字电压表(19.999V 和1999.9mV 二档)；导线若干组成。
磁场测量实验参考
王继国
一、实验目的
1．验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁 感应强度成正比。 2．测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3．测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关 系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应 强度。 4．学习补偿原理在磁场测量中的应用。
二、实验仪器
FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺 线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷 换向开关、连接导线（4红，4黑）若干组成。
三、实验原理 把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B中，如图6-1-3 所示，当沿AA′方向（Y轴方向）通过电流I时，薄片内定向移动的载流 子受到洛伦兹力fB的作用而发生偏转。从而在DD ′间产生电位差UH， 这一现象称为霍尔效应，这个电位差称为霍尔电位差。由电磁理论可得：
UH＝KHIB.
V+(+)
霍耳元件
放大器
VOUT
剩余电压补偿器
V-(-)
图6-1-1 SS495A型集成霍尔元件内部结构图
FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪—电 源
数字电流表 mA
ON
+
-
励磁恒流输出
2.4V~2.6V
4.8V~5.2V
V
数字电压表
mV
+
-电压输入Fra bibliotek上海复旦天欣科教仪器有限公司
2
1
K2
K1
0
集成霍耳元件
元件的VOUT（引脚1－黄色导线）接右边电压表‘电压输入’的＋(红)接线柱电压表切 换到V档(即拨动开关向上拨)。
2．检查接线无误后接通电源，断开励磁电流换向开关K2，集成霍尔传感器放在螺 线管的中间位置(X=17.0cm处)，开关K1拨向1，调节“霍尔片工作电压”调节旋钮，使 右边数字电压表显示2.500V，这时集成霍尔元件便达到了标准工作状态。
第八周物理实验报告集成霍尔传感器测量
华南农业大学实验报告组别201130010110题目集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍线兹圈的磁场姓名梁志雄日期实验目的学会用霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场实验器材亥姆霍兹磁场测定仪、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源实验原理亥姆霍兹线圈磁场实验仪采用恒流源，产生恒定的磁场，用集成霍尔传感器测量载流圈线圈和亥姆霍兹线圈线上各点的磁感应强度，研究亥姆霍兹线圈的磁场分布。
若在一条直线上两个完全相同共轴密绕的圆形线圈，两线圈半径都则在两线圈轴线附都是R，匝数都是N，且两线圈间距也是R，通入大小和方向都相同的电流，则在两线圈间轴线附近，磁场叠加结果保持基本均匀，产生均匀磁场区。
实验步骤1、接好仪器，测量电流I=100mA时单线圈a轴上各点的磁感应强度Ba，每隔1cm测量一次；2、计算线圈中的轴线上各点的磁感应强度；3、在轴线上某点转动探头观察该点磁感应强度变化规律；4、调节ab之间的距离d=10cm，组成一个亥姆霍兹线圈，取I=10mA，分别测量两线圈单独通电时各点磁感应强度Ba+Bb。
记录数据的表格位置/cm-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测量值-0.134 -0.152 -0.176 -0.205 -0.23 -0.266 -0.291 -0.315 -0.328 -0.337 -0.332 -0.325 -0.301 -0.274 -0.243 -0.213 -0.185 -0.156 -0.14 理论值-0.129 -0.150 -0.173 -0.198 -0.225 -0.251 -0.276 -0.296 -0.309 -0.314 -0.309 -0.296 -0.279 -0.251 -0.225 -0.198 -0.173 -0.150 -0.129 百分误差% 3.88 1.33 1.73 3.54 2.22 5.98 5.43 6.42 6.15 7.32 7.44 9.80 7.89 9.16 8.00 7.58 6.94 4.00 8.53 单线圈轴线上的磁感应强度亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度位置/cm -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 单线圈磁场Ba -0.257 -0.282 -0.311 -0.316 -0.332 -0.330 -0.316 -0.297 -0.272 -0.241 -0.214 -0.186 -0.161 -0.139 -0.120 -0.103 -0.089 -0.078 -0.068 单线圈磁场B b-0.063 -0.071 -0.083 -0.097 -0.110 -0.128 -0.148 -0.170 -0.196 -0.230 -0.258 -0.288 -0.308 -0.328 -0.353 -0.337 -0.317 -0.296 -0.273 Ba+Bb -0.32 -0.35 -0.39 -0.41 -0.44 -0.46 -0.46 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.44 -0.41 -0.37 -0.34 亥姆霍兹线圈的磁场B -0.318 -0.353 -0.398 -0.426 -0.450 -0.467 -0.475 -0.466 -0.470 -0.481 -0.460 -0.473 -0.475 -0.470 -0.457 -0.440 -0.413 -0.383 -0.342数据处理（见附表）思考题1、为什么在实验中每测一点的磁感应强度之前都必须调零？在实验中，测量坐标板上的每一点，由于所处的环境不同，所受到周围环境的电磁波大小就有一个差异，因为我们在实验中主要是研究在该点由这个线圈所激发的磁场的磁感应强度是多少，所以绝对有这个必要在测量每一点之前调零来排除周围环境的电磁波的影响。
霍尔传感器芯片灵敏度调整电路
天线阵面独立 的波控运算模块数量 可达数千块 功能，可对阵面波控设备 的工作状态进行实时 ＦＰＧＡ片 内 Ｆｌａｓｈ中，波控运 算 ＩＰ核通过 内部
之多， 由此可见使用单芯片技术简化波控 电路 监 测 。
总线进行读写操作 。
设 计 获 得 的 成 本 节 约 是 相 当 可 观 的 。 与 此 同 时 ， 采 用 单 芯 片 技 术 设 计 的 波 控
在 设 计 过 程 中 我 们 采 用 了 Ｆｕｓｉｏｎ系 列
４－２－３波 控 设 备 自检 一 个 完 备 的 波 控 系 统 需 要 具 有 完 善 的 自
检功 能，阵面波控设备量大 ，在雷达调试和工 作时都需要 掌握波控 设备 的工作状态 。我们采 用 ＦＰＧＡ 内嵌 ＵＡＲＴ软核 实现 阵 面波控 设 备 与波 控主 机 之间 的通讯 。通 过波 控模 块 内唯 一 的识别地址与波控主机实现点对点的异步通 讯 。
５ 技 术 总 结 与 展 望
４单芯片波控 系统工程设计方法 ４．１波控 系统设计 方案
本 文所 讨论 的波 控系 统采 用全 分布 式波
ＦＰＧＡ 中 自带 的 ＩＰ核 实现波 控相位 计算 的 １６ 位二 进制整 数乘法 与 ３２位 二进制 整数加 法。 乘 法 和 加 法 Ｉｐ核 均 为 可 综 合 组 合 逻 辑 电路 软 核 。 ４．２－２补 偿 数 据 存 储
系 统 远 不 止 可 以看 到 的成 本 优 势 ，更 多 的是 产 品采用单芯片技术而降低潜 的一些成本 。比如 使 用基 于 Ｆｌａｓｈ架 构 的 ＦＰＧＡ 不 需 要 担 心 由于 安 全性 而给 设计 带 来不 可估量 的损 失 问题， Ｆｕｓｉｏｎ系 列 ＦＰＧＡ 具 有 多 重 加 密 技 术 确 保 我 们 的知识产权 不被窃取 ；独 特的 Ｆｌａｓｈ开关 技术 可 以对 固件 错 误 具 有 很 好 的 免 疫 作 用 ， 非 常 适 合 阵面 波 控 设 备 复杂 的 电磁 环 境 。
霍尔效应
d
b IS
+
+
+
+
+ + +
v
fe
+
I S envbd （1）
—
— — —
— — — —
fB
IS
l
若在 Z 轴方向加上恒定的磁场 B ，电子电荷在沿 X 轴负方 向运动时将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力用 fB 表示：
f B evB
（2）
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏 P 移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累， 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S 点，所以在试样中形成了横向电场 EH ， 这一电场就称为霍 尔电场。该电场又对工业上应用 汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、 ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体 物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊 断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关等。 例如 用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有 抑制电磁干扰的作用。因为汽车的自动化程度越高，微 电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具 和电器件在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点 产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开 关电路就可以减小这些现象。
f B fe
即
evB eEH
（4）
EH vB
IS B U H VP VS EH b vBb ned
1 RH ne
（5）
（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
（7）
RH 式中 n 为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。 是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍 尔效应强弱的重要参数
霍尔元件灵敏度参数单位
霍尔元件灵敏度参数单位霍尔元件是一种用来测量磁场的传感器元件。
它的灵敏度是指在给定的电场条件下，每个磁场单位变化对该元件输出电压的影响程度。
霍尔元件的灵敏度通常以电压/V（V/T）表示，其中V/T是对磁场单位的度量。
本文将详细介绍霍尔元件的灵敏度参数单位，并对其进行全面的分析。
一、霍尔元件的工作原理霍尔元件是由一块晶体片制成的，它包含有金属触点和感应结构。
当感应结构过电流时，它会在两个触点之间产生横向电场（霍尔电场），这个电场会受到磁场的影响，从而引起触点之间的电势差产生变化。
这种电势差的变化可以通过读取该元件的输出电压来衡量。
霍尔元件的灵敏度参数单位通常有两种：一种是电压/V（V/T），另一种是电流/A（V/A T）。
其中电压/V（V/T）是对于每个磁场单位的电势差变化量的度量，而电流/A（V/A T）是入射磁场下输出电流与磁力度之间的比例。
S = ΔV/ΔB其中S表示霍尔元件的灵敏度，ΔV表示输入磁场单位下的输出电势差变化量，ΔB表示磁场单位的变化量。
该公式可以用来计算霍尔元件在不同磁场条件下的灵敏度，从而确定将使用什么样的元件来实现所需的测量精度。
霍尔元件的灵敏度参数受多种因素影响，其中包括：1. 硅片的薄膜质量：硅片的薄膜质量会影响霍尔晶体的导电性、生长质量和磁场响应。
2. 温度：温度是影响霍尔元件灵敏度的一个重要因素。
在不同的温度下，霍尔元件的灵敏度会发生变化。
3. 磁场的方向和大小：不同方向和大小的磁场对霍尔元件的灵敏度有影响。
对于特定方向和大小的磁场，霍尔元件会表现出不同的灵敏度值。
4. 霍尔元件的尺寸和形状：霍尔元件的尺寸和形状也会对其灵敏度产生影响。
对于不同的尺寸和形状的霍尔元件，其灵敏度也不同。
霍尔元件的灵敏度参数单位是电压/V（V/T）和电流/A（V/A T）。
灵敏度受多种因素影响，包括硅片的薄膜质量、温度、磁场的方向和大小以及霍尔元件的尺寸和形状。
了解这些因素对霍尔元件灵敏度的影响可以帮助我们选择合适的元件来实现所需的测量精度。
霍尔传感器实验步骤
【实验步骤】(一)清点主要仪器（二）测量1.调节仪器①将仪器按照如图4所示安装：将弹簧固定在焦利秤上部的横梁上，在一个刻有水平线的小平面镜杆下端挂上砝码盘，小平面镜杆穿过固定在立柱上的玻璃管，其上端与弹簧的下端相连，②调节焦利秤的底脚螺旋，使焦利秤立柱竖直；调节螺旋E使小平面镜上水平线与玻璃管壁上的水平线重合作为平衡位置，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。
2.测量弹簧的倔强系数K2.1利用新型焦利秤（静态法）测定弹簧倔强系数K①调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；②将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码盘的尖针（1）靠拢游标尺上的小镜；（2）在砝码盘放入10个1g的砝码，然后依次取出。
在三线重合（小钩中的平面镜中有一水平刻线G，玻璃管上有一水平刻线D，D在平面镜中有一像D’，通过转动标尺调节旋钮可将弹簧上下移动，则平面镜同时上下移动。
当G、D、D’三者重合时称“三线重合”。
）时，记录各次标尺读数y1,y2, (10)K g （3）作Mi～Yi图，验证Mi～Yi满足线性关系，并求出斜率'K，'/即为弹簧的倔强系数K。
2.2测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数K（动态法）（1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期T。
（2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。
（3）将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。
OUT 接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3；（4） 将钕铁硼磁钢粘于20g 砝码下端，使S 极面向下。
把集成霍尔开关感应面对准S 极，其与磁钢间距在10cm ～20cm 之间。
轻轻拉动弹簧使其上下振动，记录振动50次的时间，求出弹簧振子周期。
进行4次测量。
3.测量集成开关霍尔传感器的参数。
（1） 如图5将95A 型集成线性霍尔传感器接线，把小磁钢放在远处，接通电源，调节电压使电压表示数为2.500V ；（2） 将95A 型集成线性霍尔传感器换成集成开关型霍尔传感器（简称集成霍尔开关）接线不变，把小块钕铁硼磁钢粘在固定支架上，使小磁钢的S 极与集成霍尔开关的感应面(有文字面)紧密相对（接触）；（3） 记录集成霍尔和小磁钢接触时，电路板在固定支架上的位置x0,将集成霍尔开关拉出然后又向内线移动。
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我国CS型开关集成霍 尔传感器的滞环宽度典型值 为6×10-3T。 图8-10给出了霍尔开 关集成传感器磁电转换特 性 曲线，横坐标表示作用于霍 尔元件上的正向磁感应强度。
8-10 霍尔开关集成传 感器输出特性
（2）电特性
霍尔开关集成传感器的电特性是指它的输 出电性能，标志它的输出电性能的主要参数有输 出高电平UOH、输出低电平UOL 、负载电流IOL、 输出漏电流IOH、截止电源电流ICCH和导通电源 电流ICCL等参数。
（2）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应，使激励电 流中包含有直流分量，通过霍尔元件的不等位电势的作用反映出来。 一般情况下，不等位电势越小，寄生直流电势也越小。
（3）当两个霍尔电极的焊点大小不同时，由于它们的热容量、热耗散等 情况的不同，引起两电极温度不同而产生温差电势，也是寄生直流电 势的一部分。
线性集成霍尔传感器是将霍尔器件、 放大电路、电压调整电路、电流放大输出 级、失调调整和线性度调整部分集成在一 块芯片上，其特点是输出电压随外加磁感 应强度B呈线性变化。霍尔线性集成传感器 分单端输出和双端输出两种，它们的结构 如图8-12（a）、（b）所示。
（a） SL3501T型结构（单端输出）
8.1.4 霍尔器件的材料选择 以N型半导体材料为好.表中给出常见的 材料.
表8-1 霍尔器件常用材料的物理性能
8.2
霍尔集成传感器
8.2.1霍尔开关集成传感器 1．工作原理
图8-9 霍尔开关集成传感器原理框图
（1）霍尔元件：在0.1T磁场作用下，霍尔元件开路时可输出20mV左 右 的霍尔电压，当有负载时输出10mV左右的霍尔电压。
（3）温度特性
霍尔开关集成传感器参数也随温度的变化而变化，在此主要讨 论它的导通磁感应强度B（H→L）、截止磁感应强度B（L→H）和滞 环宽度的温度特性由图8-11（a）可以看出，导通磁感应强度的温度 系数约为（1.5~2）×10-4T/℃，是正温度系数。从B（H→L）与B （L→H）特性曲线的差值中算出滞环宽度的温度系数约为 － 0.2%～－0.3%℃，是负温度系数。
补偿方法:
任意两相邻的 电极之间可视为一个 等效电阻,则霍尔元件 可视为一四臂电桥,要 不等位电势为0,只需 电桥输出为零即可,因 此采用加调零电位器 的方法很好.如图8-7 所示.
4．交流不等位电势与寄生直流电势
在不加外磁场的情况下，霍尔元件使用交流激励时，霍尔电极间 的开路交流电势称为交流不等位电势。在此情况下输出的直流电势称 为寄生直流电势。 产生交流不等位电势的原因与不等位电势相同，而寄生直流电势的产生 则是由于： （1）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应。
图8-11（b）给出了CS型霍尔开关集成传感器两个磁特性参数 随电源电压E的变化曲线。从图中可以看出，B（H→L）和B（L→H） 参数在电源电压E＜6V时，随电源电压减少而增加，但滞环宽度随电 源电压减小而减小；在电源电压E＞8V时，这三个参数基本变化不大。
图8-11 霍尔开关集成传感器温度特性
8.2.2 霍尔线性集成传感器
(b) SL3501M型结构（双端输出）
图8-12 线性集成霍尔传感器的电路结构
8.3
霍尔传感器的应用
由于霍尔传感器具有在静态状态下感受磁场的独特能力，而且它具有结 构简单、体积小、重量轻、频带宽（从直流到微波）、动态特性好和寿命长、 无触点等许多优点，因此在测量技术，自动化技术和信息处理等方面有着广 泛应用。 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途： （1）当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正 比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 （2）当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。 在这方面的应用有乘法器、功率计以及除法、倒数、开方等运算器，此外， 也可用于混频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影 响较显著等缺点，在这方面的应用受到一定的限制，这有待于元件的材料、 工艺等方面的改进或电路上的补偿措施。 （3）若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，
寄生直流电势可用图8-8所示电路 测量，经变压器降压后的交流电源供给霍 尔元件的激励电流，直流电位差计UJ-30 的显示灵敏度应大于10-7V。
图8-8 测量寄生直流电势的电路图
5．霍尔电势温度系数α 在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变 化1℃时，霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势 温度系数α。 6．霍尔灵敏系数KH 在单位控制电流和单位磁感应强度作用下， 霍尔器件输出端的开路电压，称为霍尔灵敏系数 KH，霍尔灵敏系数KH的单位为V/（A· T）。
（2）差分放大器：放大器将霍尔电压放大，以便驱动后一级整形电路。
（3）整形电路：一般采用施密特触发器，它把经差分放大的电压整形为 矩形脉冲，实现A/D转换。
（4）输出管：由一个或两个三极管组成，采用单管或双管集电极开路输 出，集电极输出的优点是可以跟很多类型的电路直接连接，使用方便。 （5）电源电路：包括稳压电路和恒流电路，设置稳压和恒流电路的目的， 一方面是为了改善霍尔传感器的温度性能，另一方面可以大大提高集 成霍尔传感器工作电源电压的适用范围。
图8-17 研究闭合材料试样磁特性的线路框图
8.3.6非接触式键盘开关
图8-18 用霍尔开关集成传感器构成的按钮
位于磁场中的静止载流导体，当电流I的方向与磁场强度H的方向 垂直时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这 个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应 原理制成的传感器称为霍尔传感器。 霍尔传感器有分立元件式（简称霍尔元件）和集成式（简称霍 尔集成传感器）两种。霍尔元件常用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化 铟等半导体材料制作而成。霍尔集成传感器是将霍尔器件、放大电路、 电压调整电路、电流放大输出级、失调调整和线性度调整部分集成在 一块芯片上组成的。
可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。
8.3.1 霍尔位移传感器
图8-13 霍尔位移传感器
8.3.2 霍尔电流变换器
图8-14 霍尔传感器电流变换器
8.3.3 利用霍尔传感器实现无接触式仿型加 工
图8-15 无接触式仿型加工原理示意图
8.3.4 自动供水装置
图8-16 自动供水装置
8.3.5 霍尔元件在磁性材料研究中的应用
5. 简述利用霍尔传感器测量电流、磁感应强度、微位移的原 理。
6. 试举实例说明霍尔传感器的应用。
本章小结
霍尔传感器由于具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽（从 直流到微波）、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在测 量技术，自动化技术和信息处理技术等方面有着广泛应用。
思考与练习
1. 试述霍尔效应的定义。 2. 试说明霍尔系数的物理意义。 3. 试述霍尔传感器的主要参数。
4. 试分析霍尔开关集成传感器的组成及各部分的作用。
霍尔器件的灵敏系数
8.1.2霍尔元件和测量电路 １．霍尔元件 霍尔元件的结构如图8-2所示。
图中的矩形薄片状的立方晶体称为基片，在 它的两垂侧面上各装有一对电极，电极1-1用以 加激励电压或流过激励电流，故称为激励电极， 电极2-2作为霍尔电势UH的输出，故称为霍尔电 极，基片的尺寸要求厚度d越薄越好，d越薄，霍 尔元件的灵敏系数 越大，在基片外面用金属或陶 瓷、环氧树脂封装作为外壳。图8-3是霍尔元件 的通用图形符号。
2．霍尔开关集成传感器的特性 （1）磁特性
霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电平的导通 磁感应强度B（H→L）、由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度B （L→H）和磁感应强度的滞环宽度 . 滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的，因为在导通磁感应 强度B（H→L）附近，如果没有滞环效应或滞环效应很小，那么由于 磁噪声或磁钢振动等原因，会使电路的输出反复开启和关闭，形成类 似于自激振荡现象。为防止这种现象的产生，必须具有一定宽度的滞 环。但如果这种滞环宽度过大，对开关动作也是不利的，因为要求磁 场变化幅度很大，有可能不发生动作而出现漏计现象。
3．不等位电势和不等位电阻
当霍尔元件的激励电流为额定值IN时，若元 件所处位置的磁感应强度为零，则它的霍尔电势 应该为零，但实际不为零，这时测得的空载霍尔 电势称为不等位电势。
产生原因:主要由霍尔电极安装不对称造成的,由 于半导体材料的电阻率不均匀、基片的厚度和宽 度不一致、霍尔电极与基片的接触不良（部分接 触）等原因，即使霍尔电极的装配绝对对称，也 会产生不等位电洛仑兹力大小可表示为 FL= －q0vB 静电场对电子的作用力
UH FE q0 E H q0 b
上式连立:
ICB I CB UH RH KH IC B nq0 d d
式中:
1 RH nq0
RH KH d
霍尔系数（m3/C）
第八章
霍尔传感器
8.1 霍尔效应及霍尔元件 8.2 霍尔集成传感器 8.3 霍尔传感器的应用
8.1 霍尔效应及霍尔元件
8.1 霍尔效应及霍尔元件 8.1.1 霍尔效应 位于磁场中的静止载流导体，当其电 流I的方向与磁场强度H的方向之间有夹角α 时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面 之间将产生电动势，这一物理现象称为霍 尔效应。
图8-2 外形结构示意图
图8-3 图形符号
2．霍尔元件的测量电路
(1)基本测量电路
霍尔元件的基本测量 电路如图8-5所示。激励 电流由电压源E供给，其 大小由可变电阻来调节。
8-5基本测量电路
(2)霍尔元件的输出电路
在实际应用中，要根据不同的使用要求采用不同的 连接电路方式。如在直流激励电流情况下，位了获得较大 的霍尔电压，可将几块霍尔元件的输出电压串联，如图86（a）所示。在交流激励电流情况下，几块霍尔元件的输 出可通过变压器接成如图8-6（b）的形式，以增加霍尔 电压或输出功率。