磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角 度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其 法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的 霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B 的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加 的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。
②利用磁敏电阻、磁敏二极管、霍尔元件； ③利用磁作用传感器，磁针、表头、继电器； ④利用超导效应传感器，SQVID约瑟夫元件； ⑤利用核磁共振的传感器，有光激型、质子型。
随着半导体技术的发展，磁敏传感器正向 薄膜化，微型化和集成化 方
向发展。
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4.11.1.霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。这是由科学 家爱德文· 霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。利用 霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。
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讨论：
任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元 件 ； 绝缘材料电阻率很大，电子迁移率很小，不适用； 金属材料电子浓度很高，RH很小，UH很小。 半导体电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型 半导体（多电子）。
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霍尔元件的基本电路
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磁敏传感器
电 信 号
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实际应用中磁敏元
件主要用于检测磁场 ， 而与人们相关的磁场范 围很宽，一般的磁敏传 感器检测的最低磁场只 能到10－6高斯。 磁场强度与磁场源的磁感应作用的传感器（强磁场）如：
磁头、机电设备、测转速、磁性标定、差动变压器；
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KH表示一个霍尔元件在单位控制 电流和单位磁感应强度时产生的 霍尔电压的大小。它不仅决定于 载流体材料，而且取决于它的几 何尺寸 。愈大愈好。
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霍尔效应演示
d
a b c
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导 体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。
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U OH
U OL
B(L→ H)
B(H →L) B
输出电平与磁场的关系
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2.线性集成霍尔传感器
线性集成霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。其输 出信号与磁感应强度成比例。通常由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出 及稳压四部分组成。与分立元件霍尔传感器相比，灵敏度大为提高。
电气测试技术
电子信息与自动化学院 贺晓蓉
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4.11 霍尔式传感器（磁敏传感器）
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的 磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器。 用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。 霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长， 安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油 污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好； 霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位 置重复精度高（可达μm级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器 件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。
KH为霍尔灵敏度
UH
1 IB IB RH K H IB nqd d
方向判定：伸开手掌，四指并拢，拇指与四指 垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手掌放 入磁场中，让磁感线穿入手心，四指指向电荷 运动的方向。那么大拇指的指向，就是电荷在 磁场中受的磁场力的方向。对正电荷用左手、 对负电荷用右手。
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4.11.2 集成霍尔传感器
集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成 在一起的一种传感器。它取消了传感器和测量电路之间的界限，实 现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由 于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、 重量轻、功耗低等优点，越来越受到重视。
5 R1 R2 3 V3 2 9 V1 R3 R4 V2 6 R5 8 V4 V6 R6 R7 4 V5 7
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霍尔传感器属于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁电转
换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。
随着半导体技术的发展，磁敏元件得到应用和发展，广
泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等方面的 电磁、压力、加速度、振动测量。 特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
磁 学 量
集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。按照输出信号 的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两 种类型。
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1. 开关型集成霍尔传感器
开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低 电平的数字信号。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差 分放大器，斯密特触发器和输出级组成，其典型电路如图所示。
1 (E)
Ic1 Ub3 V1
Ic2 Ib3
Ub4 V3 V2
Uc4 Ic4 Ic3 Ue3 Ue 4 V4
V5 V6 2 3 V8
UH2
UH1
V7
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开关型集成霍尔传感器的典型电路
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U0
集成霍尔传感器的输出电平与磁场B 之间的关系见图，可以看出，集成霍 尔传感器的导通磁感应强度和截止磁 感应强度之间存在滞后效应，这是由 于V3、V4共用射极电阻的正反馈作用 使它们的饱和电流不相等引起的。 开关型集成霍尔传感器的这一特性， 正是我们所需要的，它大大增强了开 关电路的抗干扰能力，保证开关动作 稳定，不产生振荡现象。
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霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。
基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半 导体材料。霍尔元件越薄(d越小)，kH 就越大，薄膜霍尔元件厚度只有 1μm左右 。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟 (InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。