霍爾傳感器工作原理

　　霍爾傳感器是全球排名第三的傳感器產品，在日常生活中，每天在與其打交道,例如，在電腦鍵盤上，實現光標移動的滾動鍵就是由霍爾傳感器組成的:或者，在汽車變速箱、電動門窗等需要電機的部件中也有霍爾傳感器應用。由于霍爾傳感器是根據霍爾效應制成的，那么下面先從霍爾效應介紹:

　　1.霍爾效應

　　t

　　+i++++++

　　d

　　圖1 霍爾效應

　　霍爾效應以本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉。當帶電粒子(電子或空六)被約束在固體材料中，這種偏轉就導致在垂直電流和磁場的方向上產生正負電荷的聚積，從而形成附國的橫向電場。對于圖1所示的半導體試樣，若在X方向通以電流1S，在Z方向加磁場B，則在Y方向即試樣A，A電極兩側就開始聚積導號電荷而產生相應的附加電場。電場的指向取決定于試樣的電類型。顯然，該電場是明止載流子繼續向側面偏移當載流子所受的橫向電場力eEH與洛侖茲力1相等時，樣品兩側電荷的積暴就達到平衡，故有

　　eEy=eVB(1)

　　其中EH為霍爾電場，V是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則:其中EH為霍爾電場，V是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則:

　　I,=nevbd (2)

　　由(1)、(2)兩式可得:

　　11B-RlsVa= Eb=-d(3)ne d

　　即霍爾電壓VH(A、A"電極之間的電壓)與ISB乘積正比與試樣厚度d成反比。比例系數2稱為爾系數，它是反映材料爾效應強弱的重要參數，只要測出 VH(伏)以及知道IS以及知道IS(安)、B(高斯)和d(厘 米)可按下式計算RH(厘米3/庫侖)。x103Ry=

　　2.霍爾原理

　　由霍爾效應的原理知，霍爾電勢的大小取決于: UH=RhxlCxB/dRh為霍爾常數，它與半導體材質有關C為霍爾元件的偏置電流:B為磁場強度;d為半導體材料的厚度.對于一個給定的霍爾器件，當偏置電流固定時，Vh將完全取決于被測的磁場強度B。一個爾元件一般有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流[的輸入端，另兩根是霆爾電壓的輸出端，如果兩輸出端構成外回路，就會產生霍爾電流。一般地說，偏置電流的沒定通常由外部的基準電壓源給出;若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數的坡莫合金這類傳感器的霍爾電勢

　　較大，但在0.05T左右出現飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。在半導體薄片兩端通以控制電流1，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產生電勢差為UH的霍爾電壓。

　　3.工作原理

　　磁場中有一個霾爾半導體片，恒定電流從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移，使該片在CD方向上產生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。

　　霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低。霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁場強度，用一個轉動的葉輪作為控制微通量的開關，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣障中時，磁場偏離集成片，囊爾電樂消失。這樣，秦爾集成電路的輸出電樂的變化，就能表示出葉輪吸動軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它檢測轉速低的運轉情況。

　　霍爾傳感器結構與工作原理

　　1、開關型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發器和輸出級組成，它輸出數字信號，主要用于測轉數、轉速、流速、接近開關、報警器等。

　　磁場不貫穿半導體

磁場貫穿半導體

　　當磁場作用在半導體上時，電子會垂直于電流方向發生側向偏轉，一側分布電子多，一側分布電子少，由此產生霍爾電壓，指針偏轉。如果磁場被中斷，電子會重新均勻分布，這時電壓表指針不偏轉。閾值開關以數字方式顯示霍爾電壓的模擬信號，閾值開關在一定電壓下閉合，低于某一電壓數值時則斷開。

　　2、線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量，分開環式和閉環式兩種，主要用于交直流電流和電壓測量。

　　線型閉環式霍爾傳感器

　　當主回路中有電流Ip通過時，在導線上產生的磁場被磁環聚集并貫穿到霍爾器件上，所產生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is。Is再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip所產生的磁場相等時，Is不再增加，此時可以通過Is來測試Ip。