霍爾傳感器2課件

5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3.2霍爾元件的基本結構5.3.3霍爾元件的基本測量電路5.3.4霍爾傳感器的應用5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應：半導體薄片置于磁場中（磁場方向垂直于薄片），當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。產生的電動勢稱為霍爾電勢。5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應：半導體薄片置于磁場設圖中的材料是Ｎ型半導體，導電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁場作用下，電子將受到一個沿x軸負方向力的作用，這個力就是洛侖茲力。它的大小為：

FB=evB設圖中的材料是Ｎ型半導體，導電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁

電荷的聚積必將產生靜電場，即為霍爾電場，該靜電場對電子的作用力為FE與洛侖茲力方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉，其大小為式中EH為霍爾電場，e為電子電量，UH為霍爾電勢。當FB=FE時，電子的積累達到動態(tài)平衡，即所以：電荷的聚積必將產生靜電場，即為霍爾電場

設流過霍爾元件的電流為I時所以：所以：

導體的電流密度為：設流過霍爾元件的電流為I時所以：

若磁場B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾元件的有效磁感應強度為Bcosθ，因此

UH=KHIBcosθ若磁場B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾——霍爾系數(shù)由材料的物理性質決定，反映霍爾效應的強弱。由于金屬導體內的載流子濃度大于半導體內的載流子濃度，所以，半導體霍爾系數(shù)大于導體?！魻栂禂?shù)

——靈敏度單位磁感應強度和單位控制電流作用時，所產生的霍爾電勢。它不僅與霍爾系數(shù)有關，還與霍爾元件的幾何尺寸有關。一般要求霍爾元件靈敏度越高越好，由霍爾元件靈敏度的公式可知，霍爾元件的靈敏度與厚度成反比?！`敏度通過以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質有關

n愈大，UH愈小，

n愈小，UH愈大，但n太小，需施加極高的電壓才能產生很小的電流。因此霍爾元件一般采用N型半導體材料2）霍爾電壓UH與元件的尺寸有關。

d

愈小，UH

愈大，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會使元件的輸入、輸出電阻增加。通過以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質有關2）霍爾電3）P型半導體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應，但極性和N型半導體的相反。4）霍爾電壓UH與磁場B和電流I成正比，如果其中一個為常數(shù)，另一個為待測量，只要測出UH，就可求出待測量。3）P型半導體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應，但極性和5.3.2霍爾元件基本結構霍爾元件由霍爾片、引線和殼體組成?；魻柶且粔K矩形半導體單晶薄片,引出四個引線。1、1′引線稱為激勵電極；2、2′引線稱為霍爾電極。在電路中霍爾元件可用兩種符號表示，如圖(c)所示。(a)外形(b)霍爾片(c)符號5.3.2霍爾元件基本結構(a)外形(b)霍爾片(c)符號國產霍爾元件型號的命名方法：國產霍爾元件型號的命名方法常見的國產霍爾元件型號有HZ-1、HZ-2、HZ-3、HT-1、HS-1等國產霍爾元件型號的命名方法：國產霍爾元件型號的命名方法常見的

5.3.3霍爾元件的基本測量電路

霍爾元件的基本測量電路如圖所示。激勵電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來調節(jié)?；魻栐敵鼋迂撦d電阻RL，RL可以是放大器的輸入電阻或測量儀表的內阻?；緶y量電路

5.3.3霍爾元件的基本測量電路基本測量電路5.3.4霍爾傳感器的應用

1.測量磁場和電流特斯拉計霍爾式鉗形電流表

5.3.4霍爾傳感器的應用1.測量磁場和電流

2.測量位移霍爾式位移傳感器的工作原理如圖所示。磁場強度相同的磁鐵,極性相反地放置,霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應強度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電也等于零。

若霍爾元件在x軸方向移動,霍爾元件感受到的磁感應強度也隨之改變，在其工作范圍內，B＝KBx，其中斜率KB為常數(shù)；這時UH不為零,UH的大小反映出霍爾元件的位移。若霍爾元件在x軸方向移動,霍爾元件感受到的磁感應強度3.測量轉速幾種不同結構的霍爾式轉速傳感器如圖所示。小磁鐵固定在轉盤上，轉盤與被測轉軸相連,當被測轉軸轉動時,轉盤隨之轉動,小磁鐵通過霍爾傳感器時，霍爾傳感器便產生一個相應的脈沖,檢測出單位時間的脈沖數(shù)，便可知被測轉速。3.測量轉速幾種不同結構的霍爾式轉速傳感器如圖所示。第5章霍爾傳感器2課件5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3.2霍爾元件的基本結構5.3.3霍爾元件的基本測量電路5.3.4霍爾傳感器的應用5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應：半導體薄片置于磁場中（磁場方向垂直于薄片），當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。產生的電動勢稱為霍爾電勢。5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應：半導體薄片置于磁場設圖中的材料是Ｎ型半導體，導電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁場作用下，電子將受到一個沿x軸負方向力的作用，這個力就是洛侖茲力。它的大小為：

FB=evB設圖中的材料是Ｎ型半導體，導電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁

電荷的聚積必將產生靜電場，即為霍爾電場，該靜電場對電子的作用力為FE與洛侖茲力方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉，其大小為式中EH為霍爾電場，e為電子電量，UH為霍爾電勢。當FB=FE時，電子的積累達到動態(tài)平衡，即所以：電荷的聚積必將產生靜電場，即為霍爾電場

設流過霍爾元件的電流為I時所以：所以：

導體的電流密度為：設流過霍爾元件的電流為I時所以：

若磁場B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾元件的有效磁感應強度為Bcosθ，因此

UH=KHIBcosθ若磁場B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾——霍爾系數(shù)由材料的物理性質決定，反映霍爾效應的強弱。由于金屬導體內的載流子濃度大于半導體內的載流子濃度，所以，半導體霍爾系數(shù)大于導體。——霍爾系數(shù)

——靈敏度單位磁感應強度和單位控制電流作用時，所產生的霍爾電勢。它不僅與霍爾系數(shù)有關，還與霍爾元件的幾何尺寸有關。一般要求霍爾元件靈敏度越高越好，由霍爾元件靈敏度的公式可知，霍爾元件的靈敏度與厚度成反比?！`敏度通過以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質有關

n愈大，UH愈小，

n愈小，UH愈大，但n太小，需施加極高的電壓才能產生很小的電流。因此霍爾元件一般采用N型半導體材料2）霍爾電壓UH與元件的尺寸有關。

d

愈小，UH

愈大，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會使元件的輸入、輸出電阻增加。通過以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質有關2）霍爾電3）P型半導體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應，但極性和N型半導體的相反。4）霍爾電壓UH與磁場B和電流I成正比，如果其中一個為常數(shù)，另一個為待測量，只要測出UH，就可求出待測量。3）P型半導體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應，但極性和5.3.2霍爾元件基本結構霍爾元件由霍爾片、引線和殼體組成?；魻柶且粔K矩形半導體單晶薄片,引出四個引線。1、1′引線稱為激勵電極；2、2′引線稱為霍爾電極。在電路中霍爾元件可用兩種符號表示，如圖(c)所示。(a)外形(b)霍爾片(c)符號5.3.2霍爾元件基本結構(a)外形(b)霍爾片(c)符號國產霍爾元件型號的命名方法：國產霍爾元件型號的命名方法常見的國產霍爾元件型號有HZ-1、HZ-2、HZ-3、HT-1、HS-1等國產霍爾元件型號的命名方法：國產霍爾元件型號的命名方法常見的

5.3.3霍爾元件的基本測量電路

霍爾元件的基本測量電路如圖所示。激勵電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來調節(jié)?；魻栐敵鼋迂撦d電阻RL，RL可以是放大器的輸入電阻或測量儀表的內阻。基本測量電路

5.3.3霍爾元件的基本測量電路基本測量電路5.3.4霍爾傳感器的應用

1.測量磁場和電流特斯拉計霍爾式鉗形電流表

5.3.4霍爾傳感器的應用1.測量磁場和電流

2.測量位移霍爾式位移傳感器的工作原理如圖所示。磁場強度相同的磁鐵,極性相反地放置,霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應強度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電也等于零。

若霍爾元件在x軸方向移動,霍爾元件感受到的磁感應強度也隨之改變，在其工作范圍內，B＝KBx，其中斜率KB