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霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方 霍爾傳感器法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)VH。在磁場(chǎng)力作用下，在金屬或通電半導(dǎo)體中將產(chǎn)生霍耳效應(yīng)，其輸出電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。基于霍耳效應(yīng)的霍耳傳感器常用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度，其測(cè)量范圍從10Oe到幾千奧斯特。盡管人們?cè)缭?879年就知道了霍耳效應(yīng)，但直到20世紀(jì)60年代末期，隨著固態(tài)電子技術(shù)的發(fā)展，霍耳效應(yīng)才開始被人們所應(yīng)用。
霍爾傳感器的分類
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理而制成的電流和電壓傳感器。根據(jù)對(duì)霍爾電勢(shì)處理的方式不同，霍爾傳感器又可分為以下兩類：
第一類是直接將霍爾電勢(shì)做適當(dāng)放大處理以后提供給檢測(cè)儀器或控制設(shè)備，就是所謂的直接檢測(cè)式霍爾電流傳感器。這種傳感器耐壓等級(jí)高，成本低，性能穩(wěn)定，但精度受溫度變化影響大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性很不理想。我公司采用電路補(bǔ)償，圓滿解決以上問題。
第二類是磁場(chǎng)平衡式霍爾傳感器，它采用了單或雙霍爾元件，并工作在零磁通狀態(tài)，且有以下特點(diǎn)：①測(cè)量范圍寬，可測(cè)量各種電流，如直流、交流、脈沖電流等。②電氣隔離性能好。③測(cè)量精度高，線性度好。④抗外界電磁和溫度等因素的干擾能力強(qiáng)。⑤電流上升率大，響應(yīng)速度快。⑥過載能力強(qiáng)。⑦體積小，重量輕，安裝簡(jiǎn)單、方便。目前的產(chǎn)品中以磁場(chǎng)平衡式霍爾傳感器為主。
霍爾傳感器的原理與應(yīng)用
霍爾傳感器用它可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾傳感器以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)，是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器。霍爾傳感器在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。
如〔圖1〕所示，在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓，它們之間的關(guān)系為。圖中d 為薄片的厚度，k稱為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。上述效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)，它是德國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。
根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱之為霍爾傳感器。霍爾傳感器也稱為霍爾集成電路，其外形較小，如〔圖2〕所示，是其中一種型號(hào)的外形圖。
霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。
（一）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。
（二）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。
輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如〔圖3〕所示，在B1～B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。
如〔圖4〕所示，其中BOP為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動(dòng)作點(diǎn)Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。Bop與BRP之間的滯后使開關(guān)動(dòng)作更為可靠。
另外還有一種“鎖鍵型”（或稱“鎖存型”）開關(guān)型霍爾傳感器，其特性如〔圖5〕所示。 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動(dòng)作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕?/a>磁場(chǎng)撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。
按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)受檢對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是被檢測(cè)的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電學(xué)量來進(jìn)行檢測(cè)和控制。
（一）線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測(cè)量。例如：
1．電流傳感器： 由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。
