霍爾效應的原理

霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。流體中的霍爾效應是研究“磁流體發電”的理論基礎。由霍爾效應的原理知，霍爾電勢的大小取決于：　Rh為霍爾常數，它與半導體材質有關；IC為霍爾元件的偏置電流；B為磁場強度；d為半導體材料的厚度。對于一個給定的霍爾器件，Vh將完全取決于被測的磁場強度B。

一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流IC的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構成外回路，就會產生霍爾電流。一般地說，偏置電流的設定通常由外部的基準電壓源給出；若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數的坡莫合金；這類傳感器的霍爾電勢較大，但在0.05T左右出現飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。近年來，由于半導體技術的飛速發展，出現了各種類型的新型集成霍爾元件。這類元件可以分為兩大類，一類是線性元件，另一類是開關類元件。線性霍爾元件的原理:

UGN350lT是一種目前較常用的三端型線性霍爾元件。它由穩壓器、霍爾發生器和放大器組成。用UGN350lT可以十分方便地組成一臺高斯計。其使用十分簡單，先使B=0，記下表的示值VOH，再將探頭端面貼在被測對象上，記下新的示值VOH1。ΔVOH=VOH1-VOH，如果ΔVOH>0，說明探頭端面測得的是N極；反之為S極。UGN3501T的靈敏度為7V/T，由此即可測出相應的被測磁感應強度B。如果采用數字電壓表(DVM)，可得圖1所示的線性高斯計。運放采用高精度運放CA3130。該電路的具體調零方式為：開啟電源后，令B=0，調節W1使DVM的示值為零，然后用一塊標準的釹鋁硼磁鋼(B=0.1T)貼在探頭端面上，調節W2使DVM的示值為1V即可。本高斯計檢測時示值如果為-200mV，則探頭端面檢測的是S極，磁場強度為0.02T。本高斯計也可用來測量交變的磁場，不過DVM應改為交流電壓表。顯然使用圖1的電路可以很方便地擴展普通數字萬用表的功能。

用UGN3501T還可以十分方便地組成如圖2所示的鉗形電流表。將霍爾元件置于鉗形冷軋硅鋼片的空隙中，當有電流流過導線時，就會在鉗形圓環中產生磁場，其大小正比于流過導線電流的安匝數；這個磁場作用于霍爾元件，感應出相應的霍爾電勢，其靈敏度為7V/T，經過運放μA741調零，線性放大后送入DVM，組成數字式鉗形電流表。該表的調試也十分簡單：導線中的電流為零時，調節W1、W2使DVM的示值為零。然后輸入50A的電流，調W3使DVM讀數為5V；反向輸入-50A電流，數字表示值為-5V。反復調節W1、W2、W3，讀數即可符合要求。本鉗形電流表經實驗，其靈敏度不小于0.1V/A，同樣，本電流表也可用于交流電流的測量，將DVM換成交流電壓表即可，十分方便。

霍尼韋爾傳感器應用以及在電動自行車行業的應用

霍爾傳感器的應用非常的廣泛，在航空航天技術，醫療技術，交通運輸，工業以及測量和測試等諸多領域都做出了重大的的貢獻。目前應用領域比較活躍的就是電動自行車領域。這一切都歸根于霍尼韋爾的高質量四霍爾式元件，其它高靈敏度霍爾效應鎖存器采用的是雙霍爾或者單霍爾元件，這使得它對封裝應力非常敏感，而四霍爾元件則使這些傳感器更加穩定和出色。這些新型的高靈敏度鎖存器是專門為無刷直流電機設計的。它的特點有：寬溫度范圍，高靈敏度，緊湊型設計（有SOT-23和TO-92兩種封裝供客戶選擇），雙極鎖存型磁性元件（在整個使用溫度范圍內均能保持性能穩定），寬電壓范圍，內置反向電壓功能，符合ROHS標準的材料，所有這些優良特性對各類工業應用中的無刷電流電機而言都十分重要。霍尼韋爾傳感器配有可靠的高磁靈敏度開關點，并且，其霍爾元件上也未使用斬波穩定技術。霍尼擁有的這些特性使得傳感器能夠輸出完整的信號，縮短鎖存響應時間至20微秒。