霍爾傳感器是全球排名第三的傳感器產(chǎn)品，在日常生活中，每天在與其打交道;例如，在電腦鍵盤上，實現(xiàn)光標移動的滾動鍵就是由霍爾傳感器組成的;或者，在汽車變速箱、電動門窗等需要電機的部件中也有霍爾傳感器應(yīng)用。由于霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，那么下面先從霍爾效應(yīng)介紹：
1.霍爾效應(yīng)
圖1 霍爾效應(yīng)
霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉(zhuǎn)。當帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負電荷的聚積，從而形成附國的橫向電場。對于圖1所示的半導(dǎo)體試樣，若在X方向通以電流IS，在Z方向加磁場B，則在Y方向即試樣A，A′電極兩側(cè)就開始聚積異號電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場。電場的指向取決定于試樣的電類型。顯然，該電場是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當載流子所受的橫向電場力eEH與洛侖茲力1相等時，樣品兩側(cè)電荷的積累就達到平衡，故有
其中EH為霍爾電場，V是載流子在電流方向上的平均漂移速度。設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n，則：
由(1)、(2)兩式可得：
即霍爾電壓VH(A、A′電極之間的電壓)與ISB乘積正比與試樣厚度d成反比。比例系數(shù)2稱為霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強弱的重要參數(shù)，只要測出 VH(伏)以及知道IS以及知道IS(安)、B(高斯)和d(厘 米)可按下式計算RH(厘米3/庫侖)。
2.霍爾原理
由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢的大小取決于： UH=Rh×IC×B/d
Rh為霍爾常數(shù)，它與半導(dǎo)體材質(zhì)有關(guān);IC為霍爾元件的偏置電流;B為磁場強度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。
對于一個給定的霍爾器件，當偏置電流Ic固定時，Vh將完全取決于被測的磁場強度B。一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流IC的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會產(chǎn)生霍爾電流。一般地說，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準電壓源給出;若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導(dǎo)磁系數(shù)的坡莫合金;這類傳感器的霍爾電勢較大，但在0.05T左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。
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)強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓。
3.工作原理
磁場中有一個霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導(dǎo)體時向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。
霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低。霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁場強度。用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關(guān)，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。
霍爾傳感器
以上就是霍爾傳感器的工作原理介紹了。目前霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、汽車業(yè)、電腦、手機以及新興消費電子領(lǐng)域。與此同時，其的相關(guān)技術(shù)仍在不斷完善中，可編程霍爾傳感器、智能化霍爾傳感器以及微型霍爾傳感器將有更好的市場前景。
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