D
图 霍耳器件符号
IH
控制电流I；霍耳电势UH； 控制电压U；输出电阻R2；
IB V
R3 VH
输入电阻R1； 霍耳负载电阻R3；
R E
霍耳电流IH。
霍耳器件的基本电路
控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件所需控制电 流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入 电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与
若磁场值固定，则：
UH＝KI I
KI—电流灵敏度，电流灵敏度等于霍耳元件在单位磁感应强 度下电流对应的霍耳电势值。
3、额定电流：霍耳元件的允许温升规定着一个最大控制电 流。
4、最大输出功率 在霍耳电极间接入负载后，元件的功率 输出与负载的大小有关，当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳 负载电阻R3时，霍耳输出功率为最大。
若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线夹角为θ 时，霍耳电势应为：
UH＝ KH I B cosθ
注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍耳电势 的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍耳电势 并不改变方向。
设霍耳片厚度d均匀，电流I和霍耳电场的方向分别平行 于长、短边界，则控制电流I和霍耳电势UH的关系式
POma x UH 2 /4R2
5、负载特性 当霍耳电极间串接有负载时，因为流过霍耳电 流，在其内阻上将产生压降，故实际霍耳电势比理论值小。 由于霍耳电极间内阻和磁阻效应的影响，霍耳电势和磁感应 强度之间便失去了线性关系。如图所示。
UH/mV 80 60 40
霍耳电势随负载电阻值而改变的情况
λ=Ra/R1
强度作用下载流子的平均速度。
金属材料，μ很高但ρ很小；绝缘材料，ρ很高但μ很小。为获 得较强霍耳效应，霍耳片全部采用半导体材料制成。
设 KH=RH / d ，则有 UH＝ KH I B
KH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几 何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳 电势的大小。
电流极
D
A
B
5.4
霍耳电极
s
d
2.7
2.1
C
D
w
R1 R2
A
B
l
R4
0.2 0.3 0.5
（b）
（a）
霍耳器件片
(a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路
R4 R3 C （c）
外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2
器件电流(控制或输入电流): 流入到器件内的电流。 A、B端子相应地称器件电流端、控制电流端或输入电流端。
C、D端子相应地称为霍耳端 关于霍耳器件符号，名称
或输出端。
及型号，国内外尚无统一
若霍耳端子间接负载, 称为霍 耳负载电阻或霍耳负载。
规定，为叙述方便起见， 暂规定下列名称的符号。
C
电流电极间的电阻称为输入
C
C
电阻，或者控制内阻。
A
BA
BA B
H
霍耳端子间的电阻，称为输 出电阻或霍耳侧内部电阻。
D
D
λ=∞
λ=7.0 λ=3.0论值 实际值
Ra UH
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
B/T
霍耳电势的负载特性
6、温度特性：指霍耳电势或灵敏度的温度特性，以及输入 阻抗和输出阻抗的温度特性。它们可归结为霍耳系数和电阻 率（或电导率）与温度的关系。 双重影响：元件电阻，采用恒流供电；载流子迁移率，影响
控制电流作用下，由负载上获得电压。
实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以 正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。
（4）基本特性
1、直线性：
指霍耳器件的输出电势UH分别和基本参数I、U、B之间呈
线性关系。
2、灵敏度：可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流灵敏 度、电势灵敏度表示：
UH=KHBI
总之，在交变磁场下，当频率为数十kHz时，可不考虑频 率对器件输出的影响，即使在数MHz时，若能仔细设计气隙 宽度，选用合适元件和导磁材料，仍可保证器件有良好频率
特性。
8、不等位电势
当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁
感应强度为零，则霍尔电势理应为零，但实际不为
零。这时测得的霍尔电势称不等位电势，如图所示。
KH—乘积灵敏度，表示霍耳电势与磁感应强度B和控制电流I 乘积之间的比值，通常以mV/(mA·0.1T)。因霍耳元件的输出 电压要由两个输入量的乘积来确定,故称为乘积灵敏度。
若控制电流值固定，则：
UH＝KBB
KB—磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于 霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍耳电势 值。常用于磁场测量等情况。
产生原因：
① 霍尔电极安装位置不对称 或不在同一等电位面上；
②半导体材料不均匀造成了电
A
I
C
D
阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；
B
③ 激励电极接触不良造成激
励电流不均匀分布等。
灵敏度。二者相反。
RH/cm2/℃﹒A-1
ρ/7×10-3Ω·cm
250
6
LnAs
200
LnAs
4
150
100 50
LnSb
2
LnSb
0
40
80 120 160 200 T/℃ 0
50
100 150 200 T/℃
霍耳材料的温度特征
（a）RH与温度的关系；（b）ρ与温度的关系
7、频率特性 磁场恒定，通过传感器的电流交变:器件的频率特性很好， 到10kHz时交流输出还与直流情况相同。因此,霍耳器件可 用于微波范围,其输出不受频率影响。 磁场交变。霍耳输出不仅与频率有关，而且还与器件的电 导率、周围介质的磁导率及磁路参数(特别是气隙宽度)等有 关。这是由于在交变磁场作用下，元件与导体一样会在其内 部产生涡流的缘故。
霍耳电势UH与 I、B的乘积成正比，而与d成反比。于
是可改写成：
IB UH RH d
RH
1 qn
RH
1 qp
（N型）
（P型）
RH —霍耳系数（m3/C），由载流材料物理性质决定。 I — 控制电流(A);B — 磁感强度(T);d —霍尔元件厚度。
ρ—材料电阻率；μ—载流子迁移率,μ=v/E,即单位电场
UH
RH d
BIKII
同样，若给出控制电压U，由于U=R1I，可得控制电压和霍耳 电势的关系式
UHRR1H dBUK R11UKUU
上两式是霍耳器件中的基本公式。即：输入电流或输入电压和 霍耳输出电势完全呈线性关系。如果输入电流或电压中任一项 固定时，磁感应强度和输出电势之间也完全呈线性关系。
（3）霍耳磁敏元件（霍耳器件）