霍尔效应原理
霍尔效应原理
将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势VH，如图1所示，这现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。


                                     
                                               图1  霍尔效应原理图
实验表明，在磁场不太强时，电位差VH与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即


式中RH称为霍尔系数，KH称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
简单来讲就通电的半导体在磁场中运动会产生电动势。电动势大小和磁场强度有关，还和半导体上加载的电流有关。运用此原理现在已经研制出了多种传感器，其中最常见的霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。其构成分别是：
开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。
线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。.
 
 
霍尔效应的传感器应用
n 位移测量
两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。
n 力测量
如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，按这一原理可制成的力传感器。
n 角速度测量
在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。
n 线速度测量
如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
霍尔传感器的优势 
1、 霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波；
2、线性度好：优于0.1%；
3、精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量；
4、 原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离，隔离电压可达9600Vrms；
5、测量范围：霍尔传感器为系列产品，电流测量可达50KA，电压测量可达6400V。
6、宽带宽：高带宽的电流传感器上升时间可小于1μs；但是，电压传感器带宽较窄，一般在15kHz以内，6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS，带宽约700Hz。