霍尔传感器简介

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，其主要敏感器件是霍尔元件。

霍尔传感器是目前国内外应用最为广泛的一种磁敏传感器，可用来制作特斯拉计、钳形电流表、接近开关、无刷直流电动机等，被广泛应用于机械量控制等领域。

1.霍尔效应

半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E_H，这种现象称为霍尔效应，如图3-1所示。作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。

图3-1 霍尔效应原理图

a）B＝0 b）B≠0

霍尔电动势E_H可用下式表示：

E_H＝K_HIB （3-1）

式中，K_H为霍尔元件灵敏度。

2.霍尔元件技术参数

（1）额定控制电流I_C与最大控制电流I_CM霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加的控制电流值称为额定控制电流I_C。在相同的磁场感应强度下，I_C值较大则可获得较大的输出电压。在霍尔元件做好之后，限制I_C的主要因素是散热条件。一般锗元件最大允许温升为ΔT_M＜80℃，硅元件ΔT_M＜175℃。当霍尔元件的温升达到ΔT_M时的I_C就是最大控制电流I_CM。

（2）乘积灵敏度K_H霍尔元件的乘积灵敏度定义为单位控制电流和单位磁感应强度下，霍尔电动势输出端开路时的电动势值，其单位为V/（A·T），它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。公式如下：

除K_H以外，霍尔元件还有磁灵敏度、电路灵敏度和电动势灵敏度等技术指标。(www.xing528.com)

（3）输入电阻R_i和输出电阻R_o霍尔元件中两个控制电极间的电阻称为输入电阻R_i，两个霍尔电极间的电阻称为输出电阻R_o。一般R_o、R_i为几欧姆到几百欧姆，通常R_o＞R_i，但两者相差不大，使用时不能搞错。

（4）不等位电动势E_M和不等位电阻R_M当I≠0而B＝0时，理论上应有E_H＝0。但在实际中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，使得当I≠0、B＝0时，E_H≠0。此时的E_H值为不等位电动势E_M。

不等位电动势E_M与额定控制电流I_C之比，称为不等位电阻R_M，

3.霍尔元件与霍尔传感器及其符号

霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成，如图3-2a所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出4个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件可用两种符号表示，如图3-2b所示。

霍尔传感器一般都是指霍尔集成电路，它是将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出电路集成在一块芯片上，为使用者提供了一种简化和较完善的器件。霍尔传感器的图形符号如图3-3所示。

图3-2 霍尔元件

a）外形结构示意图 b）图形符号

图3-3 霍尔传感器图形符号

a）单端输出 b）双端输出