第三章霍尔传感器
第三章 霍尔传感器
7.1霍尔元件工作原理 霍尔元件是霍尔传感器的敏感元件和转换元件，它是利用某些半 导体材料的霍尔效应原理制成的。所谓霍尔效应是指置于磁场中的导 体或半导体中通入电流时，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都 垂直的方向上出现一个电势差。 Um= IB RIB ned d =KuIB 一般来说，都是选择半导体 材料来做霍尔元件。此外，对厚 度d选择得越小，K越高；但 霍尔元件的机械强度下降，且输 入、输出电阻增加。因此，霍尔 元件不能做得太薄。 图7.1霍尔效应原理图 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 7.1 霍尔元件工作原理 霍尔元件是霍尔传感器的敏感元件和转换元件，它是利用某些半 导体材料的霍尔效应原理制成的。所谓霍尔效应是指置于磁场中的导 体或半导体中通入电流时，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都 垂直的方向上出现一个电势差。 图7.1 霍尔效应原理图 H H H IB R IB U K IB ned d = = = 一般来说，都是选择半导体 材料来做霍尔元件。此外，对厚 度 d 选择得越小，KH越高；但 霍尔元件的机械强度下降，且输 入、输出电阻增加。因此，霍尔 元件不能做得太薄
7.2霍尔元件的基本结构和主要特性参数 7.2.1基本结构 用于制造霍尔元件的材料主要有Ge(储)、Si(硅)、InAs(砷化 铟)和InSb(锑化铟)等。 1、2-控制电流引线端：3、4一霍尔电势输出端 图72霍尔元件结构图 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 7.2 霍尔元件的基本结构和主要特性参数 7.2.1 基本结构 用于制造霍尔元件的材料主要有Ge（锗）、Si（硅）、InAs（砷化 铟）和InSb（锑化铟）等。 1、2—控制电流引线端；3、4—霍尔电势输出端 图7.2 霍尔元件结构图
7.2.2主要特性参数 1.输入电阻R和输出电阻R。 霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻R,两个霍尔电势输出 端之间的电阻称为输出电阻R。 2.额定激励电流和最大激励电流1 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加的激励电流值称为额定电流 I。每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安到几 十毫安。 3.乘积灵敏度K1 K反映了霍尔元件本身所具有的磁电转换能力，一般希望它越大越好。 4.不等位电势U 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，即当而B=0时，U0;但由于 4个电极的几何尺寸不对称，引起了且B=0时，。为此引入来表征霍尔元 件输出端之间的开路电压，即不等位电势。 5.霍尔电势温度系数a 在一定磁感应强度和激励电流的作用下，温度每变化1℃时霍尔电势变 化的百分数称为霍尔电势温度系数a。 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 7.2.2 主要特性参数 1．输入电阻Ri和输出电阻Ro 霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻Ri，两个霍尔电势输出 端之间的电阻称为输出电阻Ro。 2．额定激励电流I和最大激励电流IM 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加的激励电流值称为额定电流 I。每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安到几 十毫安。 3．乘积灵敏度KH KH反映了霍尔元件本身所具有的磁电转换能力，一般希望它越大越好。 4．不等位电势UM 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，即当而B=0时，UH =0；但由于 4个电极的几何尺寸不对称，引起了且B=0时，。为此引入UM来表征霍尔元 件输出端之间的开路电压，即不等位电势。 5．霍尔电势温度系数a 在一定磁感应强度和激励电流的作用下，温度每变化1℃时霍尔电势变 化的百分数称为霍尔电势温度系数a
7.3霍尔元件的测量电路及补偿 7.3.1基本测量电路 7.3.2温度误差的补偿 图7.3霍尔元件的基本测量电路 图74内阻与温度关系曲线第7摩霍尔传感 图7.5输出电势与温度关系曲线
第7章 霍尔传感器 7.3 霍尔元件的测量电路及补偿 7.3.1 基本测量电路 7.3.2 温度误差的补偿 图7.4 内阻与温度关系曲线 图7.5 输出电势与温度关系曲线 图7.3 霍尔元件的基本测量电路
1.恒流源补偿法 温度的变化会引起内阻的变化，而内阻的变化又使激励电流发生变化 以致影响到霍尔电势的输出，采用恒流源可以补偿这种影响，其电路如 图7.6所示。 2.选择合理的负载电阻进行补偿 R=RD-a 图7.6恒流源补偿电路 a 对二个确定的霍尔元件，可查表得到必B和R值，再求得尾值 这样就可在输出回路实现对温度误差的补偿了。 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 1．恒流源补偿法 温度的变化会引起内阻的变化，而内阻的变化又使激励电流发生变化 以致影响到霍尔电势的输出，采用恒流源可以补偿这种影响，其电路如 图7.6所示。 2．选择合理的负载电阻进行补偿 对一个确定的霍尔元件，可查表得到 a、b 和 Ro 值，再求得 RL 值， 这样就可在输出回路实现对温度误差的补偿了。 图7.6 恒流源补偿电路 R R L o b a a − =
3.利用霍尔元件输入回路的串联电阻或并联 电阻进行补偿的方法 图7.7串联输入电阻补偿原理 图7.8并联输入电阻补偿原理 4.热敏电阻补偿法 在使用热敏电阻进行温度补偿时，要 求热敏电阻和霍尔元件封装在一起，或者 使两者之间的位置靠得很近，这样才能使 补偿效果显著。 图7.9热敏电阻温度补偿电路 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 3．利用霍尔元件输入回路的串联电阻或并联 电阻进行补偿的方法 4．热敏电阻补偿法 在使用热敏电阻进行温度补偿时，要 求热敏电阻和霍尔元件封装在一起，或者 使两者之间的位置靠得很近，这样才能使 补偿效果显著。 图7.8 并联输入电阻补偿原理 图7.9 热敏电阻温度补偿电路 图7.7 串联输入电阻补偿原理
7.3.3不等位电势的补偿 在无磁场的情况下，当霍尔元 件通过一定的控制电流时，在两 输出端产生的电压称为不等位电势， 用U表示。 采用桥式补偿电路，可以在霍 尔元件的整个工作温度范围内对不 等位电势进行良好的补偿，并且对 不等位电势的恒定部分和变化部分 的补偿可相互独立地进行调节，所 以可达到相当高的补偿精度。 图7.10不等位电势的桥式补偿电路 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 7.3.3 不等位电势的补偿 在无磁场的情况下，当霍尔元 件通过一定的控制电流I时，在两 输出端产生的电压称为不等位电势， 用UM表示。 采用桥式补偿电路，可以在霍 尔元件的整个工作温度范围内对不 等位电势进行良好的补偿，并且对 不等位电势的恒定部分和变化部分 的补偿可相互独立地进行调节，所 以可达到相当高的补偿精度。 图7.10 不等位电势的桥式补偿电路
7.4霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为线性和开关型两大类。 线性霍尔集成电路将霍尔元件和恒流源、线性放大器等集成在一个芯 片上。例如，UGN3501。 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发 器、OC门等电路集成在同一个芯片上。例如，UGN3020。 图7.11线性霍尔集成电路 图7.12线性霍尔集成电路输出特性 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 7.4 霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为线性和开关型两大类。 线性霍尔集成电路将霍尔元件和恒流源、线性放大器等集成在一个芯 片上。例如，UGN3501。 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发 器、OC门等电路集成在同一个芯片上。例如， UGN3020 。 图7.11 线性霍尔集成电路 图7.12 线性霍尔集成电路输出特性
图7.13开关型霍尔集成电路 图7.14开关型霍尔集成电路输出特性 图7.15差动输出线性霍尔集成电路 图7.16差动输出线性霍尔集成电路输出特性 第7章霍尔传感器
第7章 霍尔传感器 图7.15 差动输出线性霍尔集成电路 图7.16 差动输出线性霍尔集成电路输出特性 图7.13 开关型霍尔集成电路 图7.14 开关型霍尔集成电路输出特性