我国CS型开关集成霍 尔传感器的滞环宽度典型值 为6×10-3T。 图8-10给出了霍尔开 关集成传感器磁电转换特 性 曲线，横坐标表示作用于霍 尔元件上的正向磁感应强度。
8-10 霍尔开关集成传 感器输出特性
（2）电特性
霍尔开关集成传感器的电特性是指它的输 出电性能，标志它的输出电性能的主要参数有输 出高电平UOH、输出低电平UOL 、负载电流IOL、 输出漏电流IOH、截止电源电流ICCH和导通电源 电流ICCL等参数。
（2）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应，使激励电 流中包含有直流分量，通过霍尔元件的不等位电势的作用反映出来。 一般情况下，不等位电势越小，寄生直流电势也越小。
（3）当两个霍尔电极的焊点大小不同时，由于它们的热容量、热耗散等 情况的不同，引起两电极温度不同而产生温差电势，也是寄生直流电 势的一部分。
线性集成霍尔传感器是将霍尔器件、 放大电路、电压调整电路、电流放大输出 级、失调调整和线性度调整部分集成在一 块芯片上，其特点是输出电压随外加磁感 应强度B呈线性变化。霍尔线性集成传感器 分单端输出和双端输出两种，它们的结构 如图8-12（a）、（b）所示。
（a） SL3501T型结构（单端输出）
8.1.4 霍尔器件的材料选择 以N型半导体材料为好.表中给出常见的 材料.
表8-1 霍尔器件常用材料的物理性能
8.2
霍尔集成传感器
8.2.1霍尔开关集成传感器 1．工作原理
图8-9 霍尔开关集成传感器原理框图
（1）霍尔元件：在0.1T磁场作用下，霍尔元件开路时可输出20mV左 右 的霍尔电压，当有负载时输出10mV左右的霍尔电压。
（3）温度特性
霍尔开关集成传感器参数也随温度的变化而变化，在此主要讨 论它的导通磁感应强度B（H→L）、截止磁感应强度B（L→H）和滞 环宽度的温度特性由图8-11（a）可以看出，导通磁感应强度的温度 系数约为（1.5~2）×10-4T/℃，是正温度系数。从B（H→L）与B （L→H）特性曲线的差值中算出滞环宽度的温度系数约为 － 0.2%～－0.3%℃，是负温度系数。
补偿方法:
任意两相邻的 电极之间可视为一个 等效电阻,则霍尔元件 可视为一四臂电桥,要 不等位电势为0,只需 电桥输出为零即可,因 此采用加调零电位器 的方法很好.如图8-7 所示.
4．交流不等位电势与寄生直流电势
在不加外磁场的情况下，霍尔元件使用交流激励时，霍尔电极间 的开路交流电势称为交流不等位电势。在此情况下输出的直流电势称 为寄生直流电势。 产生交流不等位电势的原因与不等位电势相同，而寄生直流电势的产生 则是由于： （1）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应。
图8-11（b）给出了CS型霍尔开关集成传感器两个磁特性参数 随电源电压E的变化曲线。从图中可以看出，B（H→L）和B（L→H） 参数在电源电压E＜6V时，随电源电压减少而增加，但滞环宽度随电 源电压减小而减小；在电源电压E＞8V时，这三个参数基本变化不大。
图8-11 霍尔开关集成传感器温度特性
8.2.2 霍尔线性集成传感器
(b) SL3501M型结构（双端输出）
图8-12 线性集成霍尔传感器的电路结构
8.3
霍尔传感器的应用
由于霍尔传感器具有在静态状态下感受磁场的独特能力，而且它具有结 构简单、体积小、重量轻、频带宽（从直流到微波）、动态特性好和寿命长、 无触点等许多优点，因此在测量技术，自动化技术和信息处理等方面有着广 泛应用。 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途： （1）当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正 比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 （2）当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。 在这方面的应用有乘法器、功率计以及除法、倒数、开方等运算器，此外， 也可用于混频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影 响较显著等缺点，在这方面的应用受到一定的限制，这有待于元件的材料、 工艺等方面的改进或电路上的补偿措施。 （3）若保持磁感应强度恒定不变，则利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，
寄生直流电势可用图8-8所示电路 测量，经变压器降压后的交流电源供给霍 尔元件的激励电流，直流电位差计UJ-30 的显示灵敏度应大于10-7V。
图8-8 测量寄生直流电势的电路图
5．霍尔电势温度系数α 在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变 化1℃时，霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势 温度系数α。 6．霍尔灵敏系数KH 在单位控制电流和单位磁感应强度作用下， 霍尔器件输出端的开路电压，称为霍尔灵敏系数 KH，霍尔灵敏系数KH的单位为V/（A· T）。
（2）差分放大器：放大器将霍尔电压放大，以便驱动后一级整形电路。
（3）整形电路：一般采用施密特触发器，它把经差分放大的电压整形为 矩形脉冲，实现A/D转换。
（4）输出管：由一个或两个三极管组成，采用单管或双管集电极开路输 出，集电极输出的优点是可以跟很多类型的电路直接连接，使用方便。 （5）电源电路：包括稳压电路和恒流电路，设置稳压和恒流电路的目的， 一方面是为了改善霍尔传感器的温度性能，另一方面可以大大提高集 成霍尔传感器工作电源电压的适用范围。
图8-17 研究闭合材料试样磁特性的线路框图
8.3.6非接触式键盘开关
图8-18 用霍尔开关集成传感器构成的按钮
位于磁场中的静止载流导体，当电流I的方向与磁场强度H的方向 垂直时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这 个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应 原理制成的传感器称为霍尔传感器。 霍尔传感器有分立元件式（简称霍尔元件）和集成式（简称霍 尔集成传感器）两种。霍尔元件常用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化 铟等半导体材料制作而成。霍尔集成传感器是将霍尔器件、放大电路、 电压调整电路、电流放大输出级、失调调整和线性度调整部分集成在 一块芯片上组成的。
可以组成回转器、隔离器和环行器等控制装置。
8.3.1 霍尔位移传感器
图8-13 霍尔位移传感器
8.3.2 霍尔电流变换器
图8-14 霍尔传感器电流变换器
8.3.3 利用霍尔传感器实现无接触式仿型加 工
图8-15 无接触式仿型加工原理示意图
8.3.4 自动供水装置
图8-16 自动供水装置
8.3.5 霍尔元件在磁性材料研究中的应用
5. 简述利用霍尔传感器测量电流、磁感应强度、微位移的原 理。
6. 试举实例说明霍尔传感器的应用。
本章小结
霍尔传感器由于具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽（从 直流到微波）、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在测 量技术，自动化技术和信息处理技术等方面有着广泛应用。
思考与练习
1. 试述霍尔效应的定义。 2. 试说明霍尔系数的物理意义。 3. 试述霍尔传感器的主要参数。
4. 试分析霍尔开关集成传感器的组成及各部分的作用。
霍尔器件的灵敏系数
8.1.2霍尔元件和测量电路 １．霍尔元件 霍尔元件的结构如图8-2所示。
图中的矩形薄片状的立方晶体称为基片，在 它的两垂侧面上各装有一对电极，电极1-1用以 加激励电压或流过激励电流，故称为激励电极， 电极2-2作为霍尔电势UH的输出，故称为霍尔电 极，基片的尺寸要求厚度d越薄越好，d越薄，霍 尔元件的灵敏系数 越大，在基片外面用金属或陶 瓷、环氧树脂封装作为外壳。图8-3是霍尔元件 的通用图形符号。
2．霍尔开关集成传感器的特性 （1）磁特性
霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电平的导通 磁感应强度B（H→L）、由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度B （L→H）和磁感应强度的滞环宽度 . 滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的，因为在导通磁感应 强度B（H→L）附近，如果没有滞环效应或滞环效应很小，那么由于 磁噪声或磁钢振动等原因，会使电路的输出反复开启和关闭，形成类 似于自激振荡现象。为防止这种现象的产生，必须具有一定宽度的滞 环。但如果这种滞环宽度过大，对开关动作也是不利的，因为要求磁 场变化幅度很大，有可能不发生动作而出现漏计现象。
3．不等位电势和不等位电阻
当霍尔元件的激励电流为额定值IN时，若元 件所处位置的磁感应强度为零，则它的霍尔电势 应该为零，但实际不为零，这时测得的空载霍尔 电势称为不等位电势。
产生原因:主要由霍尔电极安装不对称造成的,由 于半导体材料的电阻率不均匀、基片的厚度和宽 度不一致、霍尔电极与基片的接触不良（部分接 触）等原因，即使霍尔电极的装配绝对对称，也 会产生不等位电洛仑兹力大小可表示为 FL= －q0vB 静电场对电子的作用力
UH FE q0 E H q0 b
上式连立:
ICB I CB UH RH KH IC B nq0 d d
式中:
1 RH nq0
RH KH d
霍尔系数（m3/C）
第八章
霍尔传感器
8.1 霍尔效应及霍尔元件 8.2 霍尔集成传感器 8.3 霍尔传感器的应用
8.1 霍尔效应及霍尔元件
8.1 霍尔效应及霍尔元件 8.1.1 霍尔效应 位于磁场中的静止载流导体，当其电 流I的方向与磁场强度H的方向之间有夹角α 时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面 之间将产生电动势，这一物理现象称为霍 尔效应。
图8-2 外形结构示意图
图8-3 图形符号
2．霍尔元件的测量电路
(1)基本测量电路
霍尔元件的基本测量 电路如图8-5所示。激励 电流由电压源E供给，其 大小由可变电阻来调节。
8-5基本测量电路
(2)霍尔元件的输出电路
在实际应用中，要根据不同的使用要求采用不同的 连接电路方式。如在直流激励电流情况下，位了获得较大 的霍尔电压，可将几块霍尔元件的输出电压串联，如图86（a）所示。在交流激励电流情况下，几块霍尔元件的输 出可通过变压器接成如图8-6（b）的形式，以增加霍尔 电压或输出功率。