第五章第2节霍尔传感器介绍PPT课件
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霍尔传感器教学课件
磁编码器
用于测量物体的旋转或线性位 置。
霍尔传感器在电子、汽车行业中的应用
电子
智能手机、电视机、电脑、数字相机
汽车
转向传感器、刹车传感器、车速传感器、燃油 传感器
霍尔传感器的优缺点
优点
灵敏度高、响应速度快、可靠性高、无机械磨损
缺点
价格较高、受环境影响大、精度受限制
霍尔传感器的维护
1 定磁干扰，确保霍尔传感器的正常工作和长寿命。
3 应用场景
霍尔传感器常用于电子 设备中，如智能手机、 电视机、电脑、数字相 机。
霍尔传感器的分类
根据输出信号分类
线性霍尔传感器、开关型霍尔传感器
根据工作原理分类
电流感应型霍尔传感器、磁感应型霍尔传感器
常见的霍尔传感器
电子流量计
用于测量液体或气体的流速和 体积。
位置传感器
用于检测物体的位置或位置变 化。
定期清洁霍尔传感器，防止灰尘和杂质堆积。
2 避免电磁干扰
将霍尔传感器安装在远离电磁源的位置，避免干扰。
3 遵循正确的使用方式
遵循使用手册中的指导，正确使用和维护霍尔传感器。
结论
1 霍尔传感器是一种重要的传感器
它通过测量磁场变化实现非接触式测量，广泛应用于电子和汽车行业。
2 有广泛的应用场景
霍尔传感器在智能手机、电视机、电脑、汽车等设备中发挥重要作用。
霍尔传感器教学课件PPT
# 霍尔传感器教学课件PPT 霍尔传感器是一种广泛应用于电子设备中的传感器。本教学课件将全面介绍 霍尔传感器的定义、工作原理，以及在电子和汽车行业的应用。
什么是霍尔传感器
1 定义
霍尔传感器是利用霍尔 效应来测量电磁场强度 变化的一种传感器。
霍尔传感器教学课件PPT
27
恒流源温度补偿
霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势的变化， 霍尔元件的灵敏系数与温度的关系：
KH KHO (1 T )
式中: KH0 为温度T0时的KH值；
T 温度变化量；
霍尔电势的温度系数。
α的定义为 （U Ht U H 0 ) /U H 0
t
28
大胆假设：
➢ 由于大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔
R0
Ri0
当霍尔元件选定后，它的输入电阻 Ri0 和温度系数 及霍尔
电势温度系数 可以从元件参数表中查到（ Ri0 可以测量出
来），用上式即可计算出分流电阻 R0 及所需的分流电阻温度系
数 值。
33
利用补偿电桥进行补偿
➢ 电桥由温度系数低的电阻 构成，在某一桥臂电阻上并 联一热敏电阻。 ➢ 当温度变化时，热敏电阻
U H KH BI
补充：
1、霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值， 霍
尔元件制成薄片形状。 2、半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁 移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。
U 3、当磁感应强度B和霍尔片平
面法线成角度θ时, 霍尔电势为： H
KH BI cos
8
讨论:
RH
1 ne
KH
RH d
1 ned
1、霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：
分析：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电
势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。
KH
UH BI
2、霍尔元件灵敏度（灵敏系数） KH意义：表示霍尔元件在
单位激励电流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小。
9
恒流源温度补偿
霍尔元件的灵敏系数随温度的变化引起霍尔电势的变化， 霍尔元件的灵敏系数与温度的关系：
KH KHO (1 T )
式中: KH0 为温度T0时的KH值；
T 温度变化量；
霍尔电势的温度系数。
α的定义为 （U Ht U H 0 ) /U H 0
t
28
大胆假设：
➢ 由于大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔
R0
Ri0
当霍尔元件选定后，它的输入电阻 Ri0 和温度系数 及霍尔
电势温度系数 可以从元件参数表中查到（ Ri0 可以测量出
来），用上式即可计算出分流电阻 R0 及所需的分流电阻温度系
数 值。
33
利用补偿电桥进行补偿
➢ 电桥由温度系数低的电阻 构成，在某一桥臂电阻上并 联一热敏电阻。 ➢ 当温度变化时，热敏电阻
U H KH BI
补充：
1、霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值， 霍
尔元件制成薄片形状。 2、半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁 移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。
U 3、当磁感应强度B和霍尔片平
面法线成角度θ时, 霍尔电势为： H
KH BI cos
8
讨论:
RH
1 ne
KH
RH d
1 ned
1、霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：
分析：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电
势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。
KH
UH BI
2、霍尔元件灵敏度（灵敏系数） KH意义：表示霍尔元件在
单位激励电流和单位磁感强度时产生的霍尔电势的大小。
9
第五章第2节霍尔传感器介绍
(二) 霍尔元件
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。
1 2 1 1′ 2′ 1 H 2′ 1′
1
2
2
1 、1 ′—激励电极；2 、2 ′—霍尔电极
图 霍尔元件 （a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
霍尔传感器输出电压是交流的情况：
C1漏电流小，C2漏电流大，其差表现为偏移电压。
C1,C2漏电流相等
二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
evB eU H / b
eIB / neb d eU H / b UH IB ned
霍尔电势UH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。 于是可改写成：
UH
IB RH d
RH—霍尔系数
设 KH=RH / d
UH＝KHIB
KH—霍尔器件的灵敏度系数。它与载流材料的物理性质 和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时 霍尔电势的大小。 若磁感应强度B的方向与霍尔器件的平面法线夹角为θ时， 霍尔电势应为：
c.差分放大
需要差分放大的原因： 霍尔元件的输出电压低，需要放大 去除同相电压，需要差分
u0 (
Ua
R4 2R )(1 2 )(U b U a ) R3 R1
R3
霍尔式传感器原理及应用(共9张PPT)
该现象称为霍尔效应，所产生的电动势 VH 称为霍尔电势
霍尔电势 VH 的大小 48)
式中 KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和
单位控制电流下所得的开路霍尔电势， 取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
磁场变化 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装 若在一个方向上通以电流 I 磁场变化
洛伦兹力•F应L 的用方中向由不左用手定永则久决定磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)
使用时，I 和 B 都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积
一式般中采K用H—N形—锗霍、尔锑常化寿数铟，命、表砷长示化单铟位、磁砷感化应镓强和度磷和砷化铟等
材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
价格低
•可以广泛应用于测量：
位移
可转化为位移的力和加速度
在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向 若在一个方向上通以电流 I 霍尔元件置于两相反方向的磁场中
霍尔元件霍可制尔成位传移传感感器器 的结构
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) 在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
• 霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力
霍尔电势 VH 的大小 48)
式中 KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和
单位控制电流下所得的开路霍尔电势， 取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；
α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。
磁场变化 材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装 若在一个方向上通以电流 I 磁场变化
洛伦兹力•F应L 的用方中向由不左用手定永则久决定磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)
使用时，I 和 B 都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积
一式般中采K用H—N形—锗霍、尔锑常化寿数铟，命、表砷长示化单铟位、磁砷感化应镓强和度磷和砷化铟等
材料的厚度 d 愈小，则 KH 就愈大、灵敏度愈高
价格低
•可以广泛应用于测量：
位移
可转化为位移的力和加速度
在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
洛伦兹力 FL 的方向由左手定则决定 当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向 若在一个方向上通以电流 I 霍尔元件置于两相反方向的磁场中
霍尔元件霍可制尔成位传移传感感器器 的结构
R为调节电阻，调节控制电流的大小 建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14) 在垂直于 B 和 I 的方向上产生一感应电动势 VH
• 霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向
•霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力
《霍尔式传感器》课件
对于长期不使用的传感器，应定 期通电检查，以确保其性能正常 。
对于有可调元件的传感器，应定 期检查可调元件是否松动或损坏 。
05
霍尔式传感器的发展趋势与 未来展望
新型霍尔式传感器的研发与进展
1 2 3
新型霍尔式传感器研发
随着科技的不断进步，新型霍尔式传感器正在被 不断研发出来，以满足各种不同的应用需求。
在汽车工业中的应用
1 2
3
发动机控制
霍尔式传感器可用于检测曲轴位置和气缸识别，以实现精确 的点火和喷油控制，从而提高发动机效率和性能。
自动变速器
通过检测车速和发动机转速，霍尔式传感器帮助控制自动变 速器的换挡逻辑，确保平稳换挡和最佳燃油经济性。
防抱死刹车系统
霍尔式传感器监测车轮转速，控制刹车油压，防止车轮抱死 ，提高制动效果和车辆稳定性。
02
霍尔式传感器在物联网领域的应用主要包括智能家居、智能农业 、智能工业等领域，能够实现智能化控制和远程监控等功能。
03
随着物联网技术的不断发展，霍尔式传感器的应用前景将 更加广阔。
霍尔式传感器的发展趋势与未来展望
未来，霍尔式传感器将继续朝着高灵敏 度、高可靠性、微型化、集成化等方向 发展。
随着人工智能、物联网等技术的不断发展， 霍尔式传感器的应用领域将进一步拓展，其 在智能制造、智能医疗等领域的应用也将得 到更广泛的发展。
用于测量地球磁场、磁性材料、电流产生的磁 场等，如指南针、磁性编码器等。
位置检测
用于检测物体的位置变化，如门窗开关状态、 气瓶压力等。
霍尔式传感器的优缺点
优点
结构简单、体积小、重量轻、线性度 好、稳定性高、温度稳定性好等。
缺点
对外界磁场干扰敏感，易受干扰影响 测量精度，需要定期校准等。
《霍尔传感器测速》课件
由霍尔元件、磁场源和信号处理电路组成。
测速原理
根据霍尔电压的变化，可以推导出物体的速度。
应用领域
汽车工业
用于测量车辆的转速和速度。
工业应用
应用于生产线监控和设备运行 的测速。
风能领域
用于测量风力涡轮机的旋转速 度。
优点和局限性寿命长，测量准确度高。
受到外界磁场和杂散信号的影响。
《霍尔传感器测速》PPT 课件
在本节中，我们将介绍霍尔传感器测速的原理、应用领域、优点和局限性， 以及基本的计算公式。
什么是霍尔传感器测速
霍尔传感器测速是一种使用霍尔效应进行测量的技术，可以准确地测量物体 的速度。
霍尔传感器的工作原理
霍尔效应
当电流通过通过载流子时，会在磁场中产生霍尔电压。
霍尔传感器结构
基本的计算公式
根据霍尔电压和磁场的关系，可以使用以下公式计算速度：
V
=
UH / (k × B) UH: 霍尔电压 k: 定义常数 B: 磁场强度
实验步骤和操作
1
步骤一
准备霍尔传感器和磁场源。
2
步骤二
连接电路和测量设备。
3
步骤三
将磁场源靠近霍尔传感器，记录霍尔电压。
结论和建议
霍尔传感器测速是一种准确、可靠的测量技术，在各个领域有着广泛的应用。建议在实际应用中注意外 界磁场和杂散信号的影响。
测速原理
根据霍尔电压的变化，可以推导出物体的速度。
应用领域
汽车工业
用于测量车辆的转速和速度。
工业应用
应用于生产线监控和设备运行 的测速。
风能领域
用于测量风力涡轮机的旋转速 度。
优点和局限性寿命长，测量准确度高。
受到外界磁场和杂散信号的影响。
《霍尔传感器测速》PPT 课件
在本节中，我们将介绍霍尔传感器测速的原理、应用领域、优点和局限性， 以及基本的计算公式。
什么是霍尔传感器测速
霍尔传感器测速是一种使用霍尔效应进行测量的技术，可以准确地测量物体 的速度。
霍尔传感器的工作原理
霍尔效应
当电流通过通过载流子时，会在磁场中产生霍尔电压。
霍尔传感器结构
基本的计算公式
根据霍尔电压和磁场的关系，可以使用以下公式计算速度：
V
=
UH / (k × B) UH: 霍尔电压 k: 定义常数 B: 磁场强度
实验步骤和操作
1
步骤一
准备霍尔传感器和磁场源。
2
步骤二
连接电路和测量设备。
3
步骤三
将磁场源靠近霍尔传感器，记录霍尔电压。
结论和建议
霍尔传感器测速是一种准确、可靠的测量技术，在各个领域有着广泛的应用。建议在实际应用中注意外 界磁场和杂散信号的影响。
《霍尔传感器原理》课件
检测碰撞程度，决定是否触发安全气囊。
03
02
01
电机控制
检测电机转子的位置，实现无接触式控制。
位置控制
在机器人和自生产过程的监控。
通过霍尔传感器检测门的状态，实现自动锁定和解锁。
智能门锁
根据光线强度自动调节窗帘的开合。
智能窗户
与其它传感器结合，实现家电的远程控制和智能管理。
《霍尔传感器原理》PPT课件
目录
CONTENTS
霍尔传感器简介霍尔效应原理霍尔传感器的分类与特性霍尔传感器的应用实例霍尔传感器的未来展望参考文献
霍尔传感器简介
1
2
3
霍尔传感器广泛应用于自动化控制、电机控制、汽车电子、安防监控、智能家居等领域。
在自动化控制领域，霍尔传感器用于检测电机转子位置和转速，实现电机精准控制。
霍尔效应原理
洛伦兹力
当带电粒子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用，导致粒子运动轨迹发生偏转。
描述霍尔元件性能的一个重要参数，与载流子浓度、迁移率等有关。
霍尔常数
指单位体积内载流子的数目，对霍尔常数有直接影响。
载流子浓度
指载流子在电场作用下的平均漂移速度与电场强度的比值，也影响霍尔常数的大小。
迁移率
03
优点
霍尔元件具有测量精度高、线性度好、稳定性强、耐高温等特点。
01
材料
常用的霍尔元件材料包括半导体、金属、陶瓷等。
02
结构
霍尔元件通常由N型或P型半导体材料制成，其结构包括电极、基片、电极引脚等部分。
霍尔传感器的分类与特性
线性型霍尔传感器主要用于测量磁场，其输出电压与所处环境的磁场强度成正比。
由于其线性输出特性，线性型霍尔传感器常用于精确测量磁场，如电流检测、磁通量测量等。
03
02
01
电机控制
检测电机转子的位置，实现无接触式控制。
位置控制
在机器人和自生产过程的监控。
通过霍尔传感器检测门的状态，实现自动锁定和解锁。
智能门锁
根据光线强度自动调节窗帘的开合。
智能窗户
与其它传感器结合，实现家电的远程控制和智能管理。
《霍尔传感器原理》PPT课件
目录
CONTENTS
霍尔传感器简介霍尔效应原理霍尔传感器的分类与特性霍尔传感器的应用实例霍尔传感器的未来展望参考文献
霍尔传感器简介
1
2
3
霍尔传感器广泛应用于自动化控制、电机控制、汽车电子、安防监控、智能家居等领域。
在自动化控制领域，霍尔传感器用于检测电机转子位置和转速，实现电机精准控制。
霍尔效应原理
洛伦兹力
当带电粒子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用，导致粒子运动轨迹发生偏转。
描述霍尔元件性能的一个重要参数，与载流子浓度、迁移率等有关。
霍尔常数
指单位体积内载流子的数目，对霍尔常数有直接影响。
载流子浓度
指载流子在电场作用下的平均漂移速度与电场强度的比值，也影响霍尔常数的大小。
迁移率
03
优点
霍尔元件具有测量精度高、线性度好、稳定性强、耐高温等特点。
01
材料
常用的霍尔元件材料包括半导体、金属、陶瓷等。
02
结构
霍尔元件通常由N型或P型半导体材料制成，其结构包括电极、基片、电极引脚等部分。
霍尔传感器的分类与特性
线性型霍尔传感器主要用于测量磁场，其输出电压与所处环境的磁场强度成正比。
由于其线性输出特性，线性型霍尔传感器常用于精确测量磁场，如电流检测、磁通量测量等。
霍尔式传感器介绍课件
霍尔式传感器可以检测汽车电子设备的工作状态，如发动机转速、车速等。
工业控制
霍尔式传感器在工业控制中的应用广泛，如电机控制、机器人控制等。
01
霍尔式传感器可以检测电机的转速、位置和扭矩等信息，实现精确控制。
02
霍尔式传感器在机器人控制中，可以检测机器人的关节角度和位置，实现机器人的精确运动控制。
03
虚拟现实：霍尔传感器用于头部追踪、手势识别等
01
02
03
04
05
06
霍尔式传感器发展趋势
技术进步
霍尔元件的制造工艺不断改进，提高了传感器的灵敏度和稳定性。
随着新材料和新工艺的应用，霍尔式传感器的测量范围和精度得到了进一步提高。
集成电路技术的发展，使得霍尔式传感器的体积越来越小，功耗越来越低。
智能化技术的发展，使得霍尔式传感器能够实现自诊断、自校准等功能，提高了系统的可靠性和稳定性。
演讲人
单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点
霍尔式传感器介绍课件
01.
霍尔式传感器原理
02.
03.
目录
霍尔式传感器应用
霍尔式传感器发展趋势
霍尔式传感器原理
霍尔效应
霍尔效应是指当电流通过导体时，在导体两侧会产生一个与电流方向垂直的磁场。
这个磁场的大小与电流的大小和导体的厚度有关。
应用领域拓展
汽车电子：霍尔式传感器在汽车电子领域中的应用越来越广泛，如汽车电子稳定系统（ESP）、电子助力转向系统（EPS）等。
智能家居：霍尔式传感器在智能家居中的应用也越来越多，如智能门锁、智能照明系统等。
医疗设备：霍尔式传感器在医疗设备中的应用也越来越广泛，如医疗监护设备、医疗诊断设备等。
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另外，霍尔电极和激励电极的引线布置不合理，也会产生 零位误差，也需予以注意。
-
U0产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极 对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等 位面上，如图5-8a所示。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不 均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，致使两霍尔电 极不在同一等位面上而产生不等位电动势。
-
18
a) 两电极点不在同一等位面上 b) 等位面歪斜
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
霍尔元件的零位误差包括不等位电动势、寄生直流电动 势等。
-
17
二、霍尔元件的误差及其补偿
1. 不等位电动势U0及其补偿
不等位电动势是零位误差中最主要的一种。当霍尔元件在 额定控制电流(元件在空气中温升10℃所对应的电流)作用下， 不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电势，称为不等位电动 势U0。
RP (a)
RP (b)
RP
RP
R
(c)
(d)
-
20
2. 寄生直流电动势
当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输 出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量，称为寄 生直流电动势。
该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形 成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不 同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因 此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散 热均匀，有良好的散热条件。
功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
-
13
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大- ，其差表现为偏移电压。 14
C1,C2漏电- 流相等
15
-
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二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
UH
IB ned
霍尔电势UH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。
于是可改写成：
UH
RH
IB d
-
RH—霍尔系数
4
设 KH=RH / d
UH＝KHIB
KH—霍尔器件的灵敏度系数。它与载流材料的物理性质 和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时 霍尔电势的大小。
若磁感应强度B的方向与霍尔器件的平面法线夹角为θ时， 霍尔电势应为：
-
1
一、工作原理与特性 （一）霍尔效应
通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
Ｂ
－－－
－ －－
I
+
+
+
+
+
+
b
+++
l
++ +
d UH
霍尔效应原- 理图
2
b d
B
－ － －－ － － － －
fl
fE
EH I
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋
l
设霍尔片的长度为l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀 的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它 受到洛仑兹力
第二节 霍尔式传感器
霍尔式传感器是基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、 磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一 种传感器。
虽然它的转换率较低，温度影响大，要求转换精度较高 时必须进行温度补偿，但霍尔式传感器结构简单，体积小， 坚固，频率响应宽（从直流到微波），动态范围（输出电 动势的变化）大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易于 微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动化技术和信 息处理等方面得到广泛的应用。
-
11
c.差分放大
需要差分放大的原因： ➢霍尔元件的输出电压低，需要放大 ➢去除同相电压，需要差分
-
12
u0(R R3 4)1(2R R12)U (bUa)
Ua
R3
R4
R3
Ub
R4
A1、A2二个同相放大器组成差动式放大电路，输入信号加在 A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高 输入阻抗。
一般要求U0＜lmV。除了工艺上采取措施降低U0外, 还需 采用补偿电路加以补偿。由于霍尔元件可等效为一个四臂电
桥，如图5-9a所示，因此可在某一桥臂上并上一定电阻而将 U0降到最小，甚至为零。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
19
图5-9b中给出了几种常用的不等位电动势的补偿电路， 其中不对称补偿简单，而对称补偿温度稳定性好 。
-
8
(四)基本电路
霍尔元件的基本电路
在实际应用中，霍尔 元件可以在恒压或恒流条 件下工作。
-
9
a.恒压工作
恒压条件下性能不好的 主要原因：
恒压工作的控制电流：
Ic
UC R sr
输入电阻随温度变化
UH RHdIBKHIB
-
10
b.恒流工作
UH RHdIBKHIB
由于输入电阻的温度系数大， 偏移电压的影响更为严重
UH＝KH IB cosθ
注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍
尔电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向
时，霍尔电势并不改变方向- 。
5
eIB/ nebd eUH /b
UH
IB ned
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件。霍尔式传感器就 是由霍尔元件所组成。金属材料中自由电子浓度n很高，因此 RH很小，使输出UH极小，不宜作霍尔元件。
1
2
1
1′ 1
H
1′
1
2
2′
2′
2
1、 1′—激 励 电极 ； 2、 2′—霍 尔 电极
图 霍尔元件
（a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
-
7
(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
FL evB
e—电子电量(1.62×10-19C)； v—电于运动速度。
同时，作用于电子的电场力
F H eH E eH U /b
当达到动态平衡时 ev -BeU H/b
3
电流密度 j=nev
Ijbdnevdb
得到： vI/nedb
代入：
ev B eU H/b 得： eIB/ nebd eUH /b
如果是P型半导体，载流子是空穴，若空穴浓度为p，同 理可得UH＝IB/ped。
一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型
半导体材料。霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通 常霍尔元件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
-
6
(二) 霍尔元件
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。
-
U0产生的原因是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极 对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等 位面上，如图5-8a所示。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不 均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，致使两霍尔电 极不在同一等位面上而产生不等位电动势。
-
18
a) 两电极点不在同一等位面上 b) 等位面歪斜
（一）霍尔元件的零位误差及其补偿
霍尔元件的零位误差包括不等位电动势、寄生直流电动 势等。
-
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二、霍尔元件的误差及其补偿
1. 不等位电动势U0及其补偿
不等位电动势是零位误差中最主要的一种。当霍尔元件在 额定控制电流(元件在空气中温升10℃所对应的电流)作用下， 不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电势，称为不等位电动 势U0。
RP (a)
RP (b)
RP
RP
R
(c)
(d)
-
20
2. 寄生直流电动势
当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输 出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量，称为寄 生直流电动势。
该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形 成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不 同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因 此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散 热均匀，有良好的散热条件。
功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
-
13
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大- ，其差表现为偏移电压。 14
C1,C2漏电- 流相等
15
-
16
二、霍尔元件的误差及其补偿
由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响 霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化 等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。
UH
IB ned
霍尔电势UH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。
于是可改写成：
UH
RH
IB d
-
RH—霍尔系数
4
设 KH=RH / d
UH＝KHIB
KH—霍尔器件的灵敏度系数。它与载流材料的物理性质 和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时 霍尔电势的大小。
若磁感应强度B的方向与霍尔器件的平面法线夹角为θ时， 霍尔电势应为：
-
1
一、工作原理与特性 （一）霍尔效应
通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
Ｂ
－－－
－ －－
I
+
+
+
+
+
+
b
+++
l
++ +
d UH
霍尔效应原- 理图
2
b d
B
－ － －－ － － － －
fl
fE
EH I
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋
l
设霍尔片的长度为l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀 的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它 受到洛仑兹力
第二节 霍尔式传感器
霍尔式传感器是基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、 磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一 种传感器。
虽然它的转换率较低，温度影响大，要求转换精度较高 时必须进行温度补偿，但霍尔式传感器结构简单，体积小， 坚固，频率响应宽（从直流到微波），动态范围（输出电 动势的变化）大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易于 微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动化技术和信 息处理等方面得到广泛的应用。
-
11
c.差分放大
需要差分放大的原因： ➢霍尔元件的输出电压低，需要放大 ➢去除同相电压，需要差分
-
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u0(R R3 4)1(2R R12)U (bUa)
Ua
R3
R4
R3
Ub
R4
A1、A2二个同相放大器组成差动式放大电路，输入信号加在 A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高 输入阻抗。
一般要求U0＜lmV。除了工艺上采取措施降低U0外, 还需 采用补偿电路加以补偿。由于霍尔元件可等效为一个四臂电
桥，如图5-9a所示，因此可在某一桥臂上并上一定电阻而将 U0降到最小，甚至为零。
r1 A
r3
C
r2
r4
D
B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-
19
图5-9b中给出了几种常用的不等位电动势的补偿电路， 其中不对称补偿简单，而对称补偿温度稳定性好 。
-
8
(四)基本电路
霍尔元件的基本电路
在实际应用中，霍尔 元件可以在恒压或恒流条 件下工作。
-
9
a.恒压工作
恒压条件下性能不好的 主要原因：
恒压工作的控制电流：
Ic
UC R sr
输入电阻随温度变化
UH RHdIBKHIB
-
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b.恒流工作
UH RHdIBKHIB
由于输入电阻的温度系数大， 偏移电压的影响更为严重
UH＝KH IB cosθ
注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍
尔电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向
时，霍尔电势并不改变方向- 。
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eIB/ nebd eUH /b
UH
IB ned
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件。霍尔式传感器就 是由霍尔元件所组成。金属材料中自由电子浓度n很高，因此 RH很小，使输出UH极小，不宜作霍尔元件。
1
2
1
1′ 1
H
1′
1
2
2′
2′
2
1、 1′—激 励 电极 ； 2、 2′—霍 尔 电极
图 霍尔元件
（a） 外形结构示意图； （b） 图形符号
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(三)输入电阻和输出电阻
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对 电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时 所确定的。
FL evB
e—电子电量(1.62×10-19C)； v—电于运动速度。
同时，作用于电子的电场力
F H eH E eH U /b
当达到动态平衡时 ev -BeU H/b
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电流密度 j=nev
Ijbdnevdb
得到： vI/nedb
代入：
ev B eU H/b 得： eIB/ nebd eUH /b
如果是P型半导体，载流子是空穴，若空穴浓度为p，同 理可得UH＝IB/ped。
一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此霍尔元件多用N型
半导体材料。霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以通 常霍尔元件都较薄。薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。
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(二) 霍尔元件
霍尔元件的外形如下图所示，它是由霍尔片、4根引 线和壳体组成。