霍尔传感器简介

1、霍尔效应-百度百科百科名片霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855 1938）于 1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。目录发现 解释 相关反应 本质 应用 发展编 辑 本 段 发 现霍 尔 效 应 在 1879 年 被 E.H. 霍 尔 发 现 ， 它 定 义 了 磁 场 和 感 应 电 压 之 间 的 关 系 ， 这 种 效 应 和 传 统的 感 应 效 果 完 全 不 同 。 当 电 流 通 过 一 个 位 于 磁 场 中 的 导 体 的 时 候 ， 磁 场 会 对 导 体 中 的 电 子 产 生 一 个垂 直 于 弟 子 运 动 方 向 上 的 的 作 用 力 ， 从 而 在 导 体 的 两 端 产 生 电 压 差 。 虽 然 这 个 效 应 多 年 前 就 已 经被 大 家 知 道 并 理 解 ， 但 基 于 霍 尔 效 应 的 传 感 器 在 材 料 工 艺 获 得 重 大 进 展 前 并 不 实

2、 用 ， 直 到 出 现 了 高 强度 的 恒 定 磁 体 和 工 作 于 小 电 压 输 出 的 信 号 调 节 电 路 。 根 据 设 计 和 配 置 的 不 同 ， 霍 尔 效 应 传 感 器 可 以 作为 开 /关 传 感 器 或 者 线 性 传 感 器 。 霍 尔 效 应编 辑 本 段 解 释在 导 体 上 外 加 与 电 流 方 向 垂 直 的 磁 场 ， 会 使 得 导 线 中 的 电 子 与 电 洞 受 到 不 同 方 向 的 洛 伦 兹 力 而往 不 同 方 向 上 聚 集 ， 在 聚 集 起 来 的 电 子 与 电 洞 之 间 会 产 生 电 场 ， 此 一 电 场 将 会 使 后 来 的 电 子 电 洞 受 到电 力 作 用 而 平 衡 掉 磁 场 造 成 的 洛 伦 兹 力 ， 使 得 后 来 的 电 子 电 洞 能 顺 利 通 过 霍 尔 效 应不 会 偏 移 ， 此 称 为 霍 尔 效 应 。 而 产 生 的 内 建 电 压 称 为 霍 尔 电 压 。 方 便 起 见 ， 假 设 导 体 为 一 个 长 方 体 ， 长 度 分 别 为 a,b,d， 磁 场

3、垂 直 ab 平 面 。 电 流 经 过 ad， 电流 I = nqv(ad)， n 为 电 荷 密 度 。 设 霍 尔 电 压 为 VH， 导 体 沿 霍 尔 电 压 方 向 的 电 场 为 VH / a。 设 磁场 强 度 为 B。 霍 尔 效 应 推 导? 编 辑 本 段 相 关 反 应量 子 霍 尔 效 应 热 霍 尔 效 应 ： 垂 直 磁 场 的 导 体 会 有 温 度 差 。 Corbino 效 应 ： 垂 直 磁 场 的 薄 圆 碟 会 产 生 一 个 圆 周 方 向 的 电 流 。 自 旋 霍 尔 效 应 编 辑 本 段 本 质固 体 材 料 中 的 载 流 子 在 外 加 磁 场 中 运 动 时 ， 因 为 受 到 洛 仑 兹 力 的 作 用 而 使 轨 迹 发 生 偏 移 ， 并 在 材料 两 侧 产 生 电 荷 积 累 ， 形 成 垂 直 于 电 流 方 向 的 电 场 ， 最 终 使 载 流 子 受 到 的 洛 仑 兹 力 与 电 场 斥 力 相 平 衡 ，从 而 在 两 侧 建 立 起 一 个 稳 定 的 电 势 差 即 霍 尔 电 压 。 正 交 电 场

4、和 电 流 强 度 与 磁 场 强 度 的 乘 积 之 比 就 是霍 尔 系 数 。 平 行 电 场 和 电 流 强 度 之 比 就 是 电 阻 率 。 大 量 的 研 究 揭 示 ： 参 加 材 料 导 电 过 程 的 不 仅 有 带 负电 的 电 子 ， 还 有 带 正 电 的 空 穴 。 编 辑 本 段 应 用霍 尔 效 应 在 应 用 技 术 中 特 别 重 要 。 霍 尔 发 现 ， 如 果 对 位 于 磁 场 (B)中 的 导 体 (d)施 加 一 个 电 压(Iv)， 该 磁 场 的 方 向 垂 直 于 所 施 加 电 压 的 方 向 ， 那 么 则 在 既 与 磁 场 垂 直 又 和 所 施 加 电 流 方 向 垂 直 的 方向 上 会 产 生 另 一 个 电 压 (UH)， 人 们 将 这 个 电 压 叫 做 霍 尔 电 压 ， 产 生 这 种 现 象 被 称 为 霍 尔 效 应 。 好 比一 条 路 , 本 来 大 家 是 均 匀 的 分 布 在 路 面 上 , 往 前 移 动 . 当 有 磁 场 时 , 大 家 可 能 会 被 推 到 靠 路 的 右 边行 走 .

5、 故 路 (导 体 ) 的 两 侧 , 就 会 产 生 电 压 差 . 这 个 就 叫 “霍 尔 效 应 ”。 根 据 霍 尔 效 应 做 成 的 霍尔 器 件 ， 就 是 以 磁 场 为 工 作 媒 体 ， 将 物 体 的 运 动 参 量 转 变 为 数 字 电 压 的 形 式 输 出 ， 使 之 具 备 传 感 和 开关 的 功 能 。 讫 今 为 止 ， 已 在 现 代 汽 车 上 广 泛 应 用 的 霍 尔 器 件 有 ： 在 分 电 器 上 作 信 号 传 感 器 、 ABS 系 统 中 的速 度 传 感 器 、 汽 车 速 度 表 和 里 程 表 、 液 体 物 理 量 检 测 器 、 各 种 用 电 负 载 的 电 流 检 测 及 工 作 状 态 诊 断 、发 动 机 转 速 及 曲 轴 角 度 传 感 器 、 各 种 开 关 ， 等 等 。 例 如 汽 车 点 火 系 统 ， 设 计 者 将 霍 尔 传 感 器 放 在 分 电 器 内 取 代 机 械 断 电 器 ， 用 作 点 火 脉 冲 发 生 器 。这 种 霍 尔 式 点 火 脉 冲 发 生 器 随 着 转 速 变

6、 化 的 磁 场 在 带 电 的 半 导 体 层 内 产 生 脉 冲 电 压 ， 控 制 电 控 单元 （ ECU） 的 初 级 电 流 。 相 对 于 机 械 断 电 器 而 言 ， 霍 尔 式 点 火 脉 冲 发 生 器 无 磨 损 免 维 护 ， 能 够 适 应 恶劣 的 工 作 环 境 ， 还 能 精 确 地 控 制 点 火 正 时 ， 能 够 较 大 幅 度 提 高 发 动 机 的 性 能 ， 具 有 明 显 的 优 势 。 用 作 汽 车 开 关 电 路 上 的 功 率 霍 尔 电 路 ， 具 有 抑 制 电 磁 干 扰 的 作 用 。 许 多 人 都 知 道 ， 轿 车 的 自 动 化程 度 越 高 ， 微 电 子 电 路 越 多 ， 就 越 怕 电 磁 干 扰 。 而 在 汽 车 上 有 许 多 灯 具 和 电 器 件 ， 尤 其 是 功 率 较 大 的前 照 灯 、 空 调 电 机 和 雨 刮 器 电 机 在 开 关 时 会 产 生 浪 涌 电 流 ， 使 机 械 式 开 关 触 点 产 生 电 弧 ， 产 生 较 大的 电 磁 干 扰 信 号 。 采 用 功 率 霍

7、 尔 开 关 电 路 可 以 减 小 这 些 现 象 。 霍 尔 器 件 通 过 检 测 磁 场 变 化 ， 转 变 为 电 信 号 输 出 ， 可 用 于 监 视 和 测 量 汽 车 各 部 件 运 行 参 数 的 变 化 。例 如 位 置 、 位 移 、 角 度 、 角 速 度 、 转 速 等 等 ， 并 可 将 这 些 变 量 进 行 二 次 变 换 ； 可 测 量 压 力 、 质 量 、 液位 、 流 速 、 流 量 等 。 霍 尔 器 件 输 出 量 直 接 与 电 控 单 元 接 口 ， 可 实 现 自 动 检 测 。 目 前 的 霍 尔 器 件 都 可 承受 一 定 的 振 动 ， 可 在 零 下 40 摄 氏 度 到 零 上 150 摄 氏 度 范 围 内 工 作 ， 全 部 密 封 不 受 水 油 污 染 ， 完 全能 够 适 应 汽 车 的 恶 劣 工 作 环 境 。 编 辑 本 段 发 展美 国 物 理 学 家 霍 尔 (Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于 1879 年 在 实 验 中 发 现 ， 当 电 流 垂 直 于外 磁 场 通 过

8、 导 体 时 ， 在 导 体 的 垂 直 于 磁 场 和 电 流 方 向 的 两 个 端 面 之 间 会 出 现 电 势 差 ， 这 一 现 象 便 是 霍尔 效 应 。 这 个 电 势 差 也 被 叫 做 霍 尔 电 势 差 。 在 霍 尔 效 应 发 现 约 100 年 后 ， 德 国 物 理 学 家 克 利 青 (Klaus von Klitzing, 1943-)等 在 研 究 极低 温 度 和 强 磁 场 中 的 半 导 体 时 发 现 了 量 子 霍 耳 效 应 ， 这 是 当 代 凝 聚 态 物 理 学 令 人 惊 异 的 进 展 之 一 ，克 利 青 为 此 获 得 了 1985 年 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 。 之 后 ， 美 籍 华 裔 物 理 学 家 崔 琦 (Daniel Chee Tsui,1939- )和 美 国 物 理 学 家 劳 克 林 (Robert B.Laughlin， 1950-)、 施 特 默 (Horst L. St rmer， 1949-)在 更 强 磁 场 下 研 究 量 子 霍 尔 效 应 时 发 现 了 分 数 量 子 霍 尔

9、效 应 ， 这 个 发 现 使 人 们 对 量 子现 象 的 认 识 更 进 一 步 ， 他 们 为 此 获 得 了 1998 年 的 诺 贝 尔 物 理 学 奖 。 最 近 ， 复 旦 校 友 、 斯 坦 福 教 授 张 首 晟 与 母 校 合 作 开 展 了 “量 子 自 旋 霍 尔 效 应 ”的 研 究 。 “量 子自 旋 霍 尔 效 应 ”最 先 由 张 首 晟 教 授 预 言 ， 之 后 被 实 验 证 实 。 这 一 成 果 是 美 国 科 学 杂 志 评 出 的2007 年 十 大 科 学 进 展 之 一 。 如 果 这 一 效 应 在 室 温 下 工 作 ， 它 可 能 导 致 新 的 低 功 率 的 “自 旋 电 子 学 ”计 算 设 备 的 产 生 。 目 前 工 业 上 应 用 的 高 精 度 的 电 压 和 电 流 型 传 感 器 有 很 多 就 是 根 据 霍 尔 效 应 制 成 的 ,误差 精 度 能 达 到 0.1%以 下本设计中所使用的霍尔传感器信号原理图外形XSUPPLYGROUNDOUTPUT霍尔传感器3144 芯片简介3141 TH R U3144SENSITIVE HALL-EFFECT SWITCHES FOR HIGH-TEMPERATURE OPERATIONV CC1 2 3DataSheet27621.6ADwg. PH-003AThese Hall-effect switches are monolithic integrated circuits with tighter magnetic specifications, designed to operate continuously over extended temperatures to +150C, and are more stable with both temperature and supply voltage changes. The unipolar switching characteristic makes these devices ideal for use with a simple bar or r

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