霍爾效應(yīng)原理
霍爾效應(yīng)原理
將一塊半導(dǎo)體或?qū)w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(shì)VH，如圖1所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。VH稱為霍爾電壓。


                                     
                                               圖1  霍爾效應(yīng)原理圖
實(shí)驗(yàn)表明，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電位差VH與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的厚度d成反比，即


式中RH稱為霍爾系數(shù)，KH稱為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mA·T)。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子即載流子（N型半導(dǎo)體中的載流子是帶負(fù)電荷的電子，P型半導(dǎo)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(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)大小和磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，還和半導(dǎo)體上加載的電流有關(guān)。運(yùn)用此原理現(xiàn)在已經(jīng)研制出了多種傳感器，其中最常見的霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。其構(gòu)成分別是：
開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。開關(guān)型霍爾傳感器還有一種特殊的形式，稱為鎖鍵型霍爾傳感器。
線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。
線性霍爾傳感器又可分為開環(huán)式和閉環(huán)式。閉環(huán)式霍爾傳感器又稱零磁通霍爾傳感器。線性霍爾傳感器主要用于交直流電流和電壓測(cè)量。.
 
 
霍爾效應(yīng)的傳感器應(yīng)用
n 位移測(cè)量
兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)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(cè)量
如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)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(cè)量
在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。
n 線速度測(cè)量
如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車輛的運(yùn)動(dòng)速度。
霍爾傳感器的優(yōu)勢(shì) 
1、 霍爾傳感器可以測(cè)量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對(duì)瞬態(tài)峰值的測(cè)量。副邊電流忠實(shí)地反應(yīng)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(cè)量50Hz正弦波；
2、線性度好：優(yōu)于0.1%；
3、精度高：在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測(cè)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(dá)9600Vrms；
5、測(cè)量范圍：霍爾傳感器為系列產(chǎn)品，電流測(cè)量可達(dá)50KA，電壓測(cè)量可達(dá)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以內(nèi)，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時(shí)間約500uS，帶寬約700Hz。