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1、霍尔传感器资料图1-1所示,在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板,导电板通以电流I,方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动。此时,每个电子受洛仑磁力fm的作用，fm大小为fm=eBv（1-1）式中:e——电子电荷;v——电子运动平均速度;B——磁场的磁感应强度。1-1霍尔效应原理图fm的方向在图1-1中是向上的,此时电子除了沿电流反方向作定向运动外,还在fm的作用下向上漂移,结果使金属导电板上底面积累电子,而下底面积累正电荷,从而形成了附加内电场EH,称霍尔电场,该电场强度为EH=（1-2）式中UH为电位差。霍尔电场的出现,使定向运动的
2、电子除了受洛仑磁力作用外,还受到霍尔电场的作用力,其大小为eEH，此力阻止电荷继续积累。随着上、下底面积累电荷的增加,霍尔电场增加,电子受到的电场力也增加,当电子所受洛仑磁力与霍尔电场作用力大小相等、方向相反时,即eEH=evB（1-3）则EH=vB（1-4）此时电荷不再向两底面积累,达到平衡状态。若金属导电板单位体积内电子数为n,电子定向运动平均速度为v,则激励电流I=nevbd,则v=（1-5）将式（1-5）代入式（1-4）得EH=（1-6）将上式代入式（1-1）得UH=（1-7）式中令RH=1/（ne）,称之为霍尔常数,其大小取决于导体载流子密度
3、，则UH=RH（1-8）式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。由式（1-8）可见,霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度,其灵敏度与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。为了提高灵敏度,霍尔元件常制成薄片形状。对霍尔片材料的要求,希望有较大的霍尔常数RH,霍尔元件激励极间电阻R=ρL/（bd）,同时R=UI/I=EIL/I=vL/（μnevbd）,其中UI为加在霍尔元件两端的激励电压，EI为霍尔元件激励极间内电场，v为电子移动的平均速度。则(1-9)解得RH=μρ（1-10）从式（1-10）可知,霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ的乘积。若要霍尔
4、效应强,则RH值大,因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很小;而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。目前常用的霍尔元件材料有:锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中N型锗容易加工制造,其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好,其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟对温度最敏感,尤其在低温范围内温度系数大,但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小,温度系数也较小,输出特性线性度好。表1-1为常用国产霍尔元件的技术参数。表1-1常用霍尔元件技术参数2.霍尔元件基本结构霍
5、尔元件的结构很简单,它由霍尔片、引线和壳体组成,如图1-2(a)所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。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1-2(b)所示。1-2霍尔元件（a）外形结构示意图（b）图形符号霍尔传感器霍尔电压传感器1.2霍尔传感器的应用（一）、差动霍尔电路制成的霍尔齿轮传感器，如图1所示,新一代的霍尔齿轮转速传感器，广泛用于汽车智能发动机，作为点火定时用的速度传感器，用于ABS（汽车防抱死制动系统）作为车速传
6、感器等。霍尔转速传感器采用霍尔效应，当金属齿经过霍尔传感器前端时，引起磁场变化，霍尔元件检测到磁场变化，并转换成一个交变电信号，传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号。尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮。 霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。图1HE-
7、01霍尔转速传感器图2霍尔速度传感器的内部结构利用霍尔传感器测转速的结果原理如图2所示。它实际就是利用霍尔开关与电机轴连接的轮片上粘有多对小磁钢（N.S极），小磁钢越多，分辨率就越高。霍尔开关固定在小磁钢附近，轮旋转时，磁钢经过霍尔开关集成电路时，开关集成器就会产生一个响应的脉冲，检测出的单位时间的脉冲数，其长度就是轮轴的转动周期T及其转速n。n=1/TUH=RH霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度,其灵敏度与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。为了提高灵敏度,霍尔元件常制成薄片形状
