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1、1,4.9 霍尔式传感器,霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种磁敏式传感器，一般由锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料制成。它可以直接测量磁场及微位移量，已经广泛应用于电磁、压力、加速度、振动等的测量领域。目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。,2,1） 霍尔效应,在与磁场垂直的N型半导体薄片上通以电流I，由于N型半导体的载流子为电子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受电场力 与洛仑兹力 相等
2、时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称为霍尔电场 ，相应的电势称为霍尔电势,N型半导体薄片,为霍尔片的灵敏度系数,经过分析：,3,2）霍尔元件的应用,根据霍尔输出与控制电流和磁感应强度的乘积成正比的关系可知，霍尔元件主要用在下述三个方面：,1）保持元件的控制电流恒定，则元件的输出正比于磁感应强度。因此，可以测定恒定和交变磁感应强度，如高斯计；同时凡是能转化为磁感应强度变化的量都能进行测量，如位移、角度、转速和加速度等。,2）保持元件感受的磁感应强度不变时，则元件的输出正比于控制电流。因此，主要的应用有交、直流的电流表、电压表等；同时凡能转换为电流变化的量，均能进行测量。,3
3、）当元件的控制电流和磁感应强度均变化时，元件输出与两者乘积成正比。因此，它可用于乘法、功率等的测量，如乘法计、功率计等。,4,1磁场测量。 如果要求精度较高，如优于0.5，通常选用砷化镓霍尔元件，其灵敏度高，约为5-10mv/100mT. 温度误差可忽略，且材料性能好，可以做体积较小。在被测磁场精度较低，体积要求不高, 如精度低于0.5时，最好选用硅和锗元件。2电流测量。 大部分霍尔元件可以用于电流测量，要求精度较高时选用砷化镓霍尔元件，精度不高时，可选用砷化镓、硅、锗等霍尔元件。 3信号的运算和测量。 通常利用霍尔电势与控制电流、被测磁场成正比，并与被测磁场同霍尔元件表面的夹角成正弦关系的特
4、性，制造函数发生器。利用霍尔元件输出与控制电流和被测磁场乘积成正比的特性。制造功率表、电度表等。 4转速和脉冲测量。 测量转速和脉冲时，通常是选用集成霍尔开关和锑化铟霍尔元件。如在录像机和摄像机中采用了锑铟霍尔元件替代电机的电刷，提高了使用寿命。,5,霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。,霍尔元件是一种四端元件,3）霍尔元件,型号命名方法：,6,霍尔片是一块矩形半导体薄片。,控制电流端引线（激励电极）,霍尔电势输出端引线（霍尔电极）,7,4）霍尔元件测量电路,霍尔元件的输出霍尔电势较小，一般在毫伏级，因此在利用霍尔元件制作霍尔传感器时，必须在霍尔元件的输出端接入放大测量电路
5、。目前霍尔传感器都已集成化，即把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源或恒流电源等集成在一个芯片上，由于其外形与集成电路相同，故又称霍尔集成电路。此时，根据输出信号的形式，可以分为开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器两种类型。,8,（1）线性型霍尔集成传感器线性型霍尔集成传感器是将霍尔元件和恒流源，线性放大器等做在同一芯片上，输出电压较高，使用非常方便。例如：UGN3501M是具有双端差动输出特性的线性霍尔器件，UGN3501M的外形、内部电路框图,9,（2）开关型霍尔集成传感器开关型霍尔集成传感器是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门等电路做在同一芯片上。例：开关型霍尔集成电路U
6、GN3019，其外型与内部电路框图如图,10,（1）简易高斯计霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。图为一个简易高斯计电路，它直接采用线性型霍尔传感器 UGN-3501M。,5）霍尔传感器的应用,11,（2）计数装置 下图是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。,12,（3）霍尔接近开关利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强的特点，如图所示。,13,（4）霍尔转速表霍尔转速表如图 所示。,14,（5）角位移测量仪 角位移测量仪其结构如图所示。,15,（6）功率计,因为磁场BIL，而负载电压UL用以产生样品电流I2=UL/RUL（这里R是比样品和RL大得多的串联电阻），则Hall电压UHI2BUL IL。所以，测量出Hall电压UH，即可直接得知负载RL所消耗的功率ULIL。,16,作 业,有一霍尔元件，其灵敏度为KH1.2mV/mA.kGs 把它放在一个梯度（dB/dx）为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作 摆动，问输出电压可达多少毫伏？,
