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(shí)現(xiàn)光標(biāo)移動(dòng)的滾動(dòng)鍵就是由霍爾傳感器組成的;或者，在汽車變速箱、電動(dòng)門窗等需要電機(jī)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(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)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(chǎng)的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附國(guó)的橫向電場(chǎng)。對(duì)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(chǎng)B，則在Y方向即試樣A，A′電極兩側(cè)就開(kāi)始聚積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決定于試樣的電類型。顯然，該電場(chǎng)是阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力eEH與洛侖茲力1相等時(shí)，樣品兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到平衡，故有
其中EH為霍爾電場(chǎng)，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(qiáng)弱的重要參數(shù)，只要測(cè)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(jì)算RH(厘米3/庫(kù)侖)。
2.霍爾原理
由霍爾效應(yīng)的原理知，霍爾電勢(shì)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(chǎng)強(qiáng)度;d為半導(dǎo)體材料的厚度。
對(duì)于一個(gè)給定的霍爾器件，當(dāng)偏置電流Ic固定時(shí)，Vh將完全取決于被測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B。一個(gè)霍爾元件一般有四個(gè)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(huì)產(chǎn)生霍爾電流。一般地說(shuō)，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準(zhǔn)電壓源給出;若精度要求高，則基準(zhǔn)電壓源均用恒流源取代。為了達(dá)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(shì)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(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。
3.工作原理
磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過(guò)該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過(guò)霍爾半導(dǎo)體時(shí)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(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低。霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)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(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度。用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開(kāi)關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)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(dòng)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(diǎn)火正時(shí)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)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(jī)以及新興消費(fèi)電子領(lǐng)域。與此同時(shí)，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(chǎng)前景。
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