霍尔传感器工作原理

　　霍尔传感器工作原理

　　霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，在日常生活中，每天在与其打交道,例如，在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的:或者，在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。由于霍尔传感器是根据霍尔效应制成的，那么下面先从霍尔效应介绍:

　　1.霍尔效应

　　t

　　+i++++++

　　d

　　图1 霍尔效应

　　霍尔效应以本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子(电子或空六)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附国的横向电场。对于图1所示的半导体试样，若在X方向通以电流1S，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A，A电极两侧就开始聚积导号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决定于试样的电类型。显然，该电场是明止载流子继续向侧面偏移当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力1相等时，样品两侧电荷的积暴就达到平衡，故有

　　eEy=eVB(1)

　　其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则:其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则:

　　I,=nevbd (2)

　　由(1)、(2)两式可得:

　　11B-RlsVa= Eb=-d(3)ne d

　　即霍尔电压VH(A、A"电极之间的电压)与ISB乘积正比与试样厚度d成反比。比例系数2称为尔系数，它是反映材料尔效应强弱的重要参数，只要测出 VH(伏)以及知道IS以及知道IS(安)、B(高斯)和d(厘 米)可按下式计算RH(厘米3/库仑)。x103Ry=

　　2.霍尔原理

　　由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于: UH=RhxlCxB/dRh为霍尔常数，它与半导体材质有关C为霍尔元件的偏置电流:B为磁场强度;d为半导体材料的厚度.对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流固定时，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。一个尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流[的输入端，另两根是霆尔电压的输出端，如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的没定通常由外部的基准电压源给出;若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金这类传感器的霍尔电势

　　较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。在半导体薄片两端通以控制电流1，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。

　　3.工作原理

　　磁场中有一个霾尔半导体片，恒定电流从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。

　　霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度，用一个转动的叶轮作为控制微通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气障中时，磁场偏离集成片，囊尔电乐消失。这样，秦尔集成电路的输出电乐的变化，就能表示出叶轮吸动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它检测转速低的运转情况。

　　霍尔传感器结构与工作原理

　　1、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，它输出数字信号，主要用于测转数、转速、流速、接近开关、报警器等。

　　磁场不贯穿半导体

磁场贯穿半导体

　　当磁场作用在半导体上时，电子会垂直于电流方向发生侧向偏转，一侧分布电子多，一侧分布电子少，由此产生霍尔电压，指针偏转。如果磁场被中断，电子会重新均匀分布，这时电压表指针不偏转。阈值开关以数字方式显示霍尔电压的模拟信号，阈值开关在一定电压下闭合，低于某一电压数值时则断开。

　　2、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，分开环式和闭环式两种，主要用于交直流电流和电压测量。

　　线型闭环式霍尔传感器

　　当主回路中有电流Ip通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并贯穿到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。Is再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip所产生的磁场相等时，Is不再增加，此时可以通过Is来测试Ip。