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1、第九章 霍尔式传感器,霍尔元件的基本工作原理 霍尔元件的结构和主要技术指标， 霍尔式传感器测量电路及补偿方法， 霍尔式传感器的应用。,第一节 霍尔元件的基本工作原理,霍尔式传感器是以霍尔元件作为其敏感和转换元件的传感器。 霍尔元件则是利用某些半导体材料的霍尔效应原理制成的。,霍尔效应,在垂直于半导体薄片平面的方向上，施加磁感应强度为B的磁场，在其长度方向上通以电流I，则在半导体的另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B的乘积（IB）成正比的电动势。这种现象称为霍尔效应。,RH = -1/ne： 称为霍尔 系数 KH= RH/d 由上式 可见，当I、B大小一定时，KH越大，则霍尔元件的输
2、出电势越大。,对于P型半导体，其多数载流子是空穴，也存在与N型半导体类似的霍尔效应。 用空穴浓度p户代替电子浓度 n,若B与霍尔元件平面的法线成一角度，则作用于霍尔元件的有效磁感应强度为Bcos 则 UH= KHIBcos,UH正比于BI。只要通过测量电路测出UH，那么B和I两个参数中，一个参数已知就可求出另一个参数。 因而任何可转换成B或I的未知量均可利用霍尔元件进行测量。 此外，可转换成B和I乘积的未知量亦可进行测量。,第二节 霍尔元件的基本结构和主要技术指标,一、基本结构,导线1、2称为控制电流引线端，与之焊接的一对电极称为控制电极（红色导线标记）;导线3、4称为霍尔电势输出端，与之焊接
3、的一对电极称为霍尔电极（绿色导线标记）。,国产霍尔元件型号的命名方法,二、主要技术指标,1额定控制电流Ic和最大控制电流Icm 霍尔元件在空气中产生l0oC的温升时所施加的控制电流值称为额定控制电流Ic 。 霍尔元件的温升达到最大允许温升Tm时的Ic就是最大控制电流Icm。 2乘积灵敏度KH 霍尔元件的乘积灵敏度定义为在单位控制电流和单位磁感应强度下，霍尔电势输出端开路时的电势值，其单位为V/(AT)，它反应了霍尔元件本身所具有的磁电转换能力。 KH=UH/IB,3输人电阻Ri和输出电阻Ro 霍尔片中两个控制电极之间的电阻称为输人电阻Ri而两个霍尔电极之间的电阻称为输出电阻Ro。由于Ri、Ro
4、是纯电阻，故可用直流电桥或欧姆表直接测量，需要说明的是测量要求在没有外磁场和室温 (20士5)C条件下进行。 4不等位电势UM和不等位电阻RM 由于两个霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上，半导体材料的电阻率不均匀，或几何尺寸不均匀，以及控制电极接触不良等原因， 当I0 B=0 时 UH0 为此引入了不等位电势UM来加以表征，即在额定直流控制电流作用下，不加外磁场时霍尔电极之间的空载 (即开路)电势。 不等位电势UM与额定控制电流Ic之比，称为不等位电阻RM 。 即 RM =UM /Ic,5霍尔电势温度系数 由于温度的变化，霍尔电势也会随之有一些变化。温度对霍尔电势的影响程度，用霍尔电势
5、温度系数 来表征，即在一定的控制电流和磁感应强度下，温度每变化loC所引起的霍尔电势变化的百分率。,第三节霍尔元件的测量电路一、基本电路,控制电流I由电源E提供，R是调节电阻。 霍尔电势输出端的负载电阻RL，可以是放大器的输入电阻或表头内阻等。 所施加的外磁场B一般与霍尔元件的平面垂直。 实际测量中，可以把I或者B单独作为输入信号，也以把二者的乘积作为输入信号，通过霍尔电势输出得到测量结果。 控制电流也可以是交流量，控制电流的频率可高达1O9Hz以上。,二、温度误差的补偿,（一）采用恒流源提供控制电流,TRi，KH ，R 。 Ri Ic UH KH UH R Ic UH 当R=Ri（-）/ U
6、H不变,（二）合理选择负载电阻,TUH ，R o UH UL R o UL 当R L= R o（ -）/ 时 UL不变,（三）采用热敏元件,a.用Rt变化补偿KH和Ri的变化。 b.用Rt变化补偿KH和Ro的变化。,三、不等位电势的补偿,等效电路,理想情况： R1=R2=R3=R4，电桥平衡 UM=0 实际情况： R1、R2、R3、R4有差异 UM0,（一）基本补偿电路,（二）具有温度补偿的补偿电路,Rt,1,2,1，2端为输出端 在工作温度下限T1，调RP1使B=0时输出为零。 在工作温度上升T时调RP2使B=0时输出为零。,第四节 霍尔式传感器应用举例,一、将被测量转换为磁感应强度B,X=KpP；B=KBx UH=KHIB=KHIKBKPP=KP,二、将被测量转换为控制电流 三、将被测量转换为I与B的乘积,u为输入电压 i为负载电流,将R换成C则,实验1,实验2,
