霍爾效應原理
霍爾效應原理
將一塊半導體或導體材料，沿Z方向加以磁場(chǎng)B，沿X方向通以工作電流I，則在Y方向產(chǎn)生出電動(dòng)勢VH，如圖1所示，這現象稱(chēng)為霍爾效應。VH稱(chēng)為霍爾電壓。


                                     
                                               圖1  霍爾效應原理圖
實(shí)驗表明，在磁場(chǎng)不太強時(shí)，電位差VH與電流強度I和磁感應強度B成正比，與板的厚度d成反比，即


式中RH稱(chēng)為霍爾系數，KH稱(chēng)為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mA·T)。產(chǎn)生霍爾效應的原因是形成電流的作定向運動(dòng)的帶電粒子即載流子（N型半導體中的載流子是帶負電荷的電子，P型半導體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。
簡(jiǎn)單來(lái)講就通電的半導體在磁場(chǎng)中運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢。電動(dòng)勢大小和磁場(chǎng)強度有關(guān)，還和半導體上加載的電流有關(guān)。運用此原理現在已經(jīng)研制出了多種傳感器，其中最常見(jiàn)的霍爾傳感器分為線(xiàn)型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。其構成分別是：
開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數字量。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱(chēng)為鎖鍵型霍爾傳感器。
線(xiàn)性型霍爾傳感器由霍爾元件、線(xiàn)性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。
線(xiàn)性霍爾傳感器又可分為開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱(chēng)零磁通霍爾傳感器。線(xiàn)性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測量。.
 
 
霍爾效應的傳感器應用
n 位移測量
兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線(xiàn)性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應強度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。
n 力測量
如果把拉力、壓力等參數變成位移，便可測出拉力及壓力的大小，按這一原理可制成的力傳感器。
n 角速度測量
在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉數（計數器），若接入頻率計，便可測出轉速。
n 線(xiàn)速度測量
如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預定位置有規律地布置在軌道上，當裝在運動(dòng)車(chē)輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號的分布可以測出車(chē)輛的運動(dòng)速度。
霍爾傳感器的優(yōu)勢 
1、 霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實(shí)地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無(wú)法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波；
2、線(xiàn)性度好：優(yōu)于0.1%；
3、精度高：在工作溫度區內精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量；
4、 原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達9600Vrms；
5、測量范圍：霍爾傳感器為系列產(chǎn)品，電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。
6、寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時(shí)間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以?xún)龋?400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS，帶寬約700Hz。