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B，沿X方向通以工作電流I，則在Y方向產生出電動勢VH，如圖1所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應。VH稱為霍爾電壓。


                                     
                                               圖1  霍爾效應原理圖
實驗表明，在磁場不太強時，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稱為霍爾系數(shù)，KH稱為霍爾元件的靈敏度，單位為mv / (mA·T)。產生霍爾效應的原因是形成電流的作定向運動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）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產生的。
簡單來講就通電的半導體在磁場中運動會產生電動勢。電動勢大小和磁場強度有關，還和半導體上加載的電流有關。運用此原理現(xiàn)在已經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型霍爾傳感器兩種。其構成分別是：
開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。開關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，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應強度為零，這個點可作為位移的零點，當霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時，傳感器有一個電壓輸出，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(shù)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，圓盤旋轉一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉速。
n 線速度測量
如果把開關型霍爾傳感器按預定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當裝在運動車輛上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測出車輛的運動速度。
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。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用于測量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間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。