霍尔感测器( 二 ) _生活百科

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当载流子所受的横向电场力eEH与洛侖兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有⑴ 其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则 ⑵ 由⑴、⑵两式可得 ⑶ 即霍尔电压VH（A、A′电极之间的电压）与ISB乘积正比与试样厚度d成反比。比例係数称为霍尔係数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出 VH（伏）以及知道IIs（安）、B（高斯）和d（厘米）可按下式计算RH（厘米3/库侖）元件根据霍尔效应，人们用半导体材料製成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率回响宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的套用。

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霍尔感测器分类霍尔感测器分为线型霍尔感测器和开关型霍尔感测器两种。（一）开关型霍尔感测器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔感测器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔感测器。（二）线性型霍尔感测器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。线性霍尔感测器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔感测器又称零磁通霍尔感测器。线性霍尔感测器主要用于交直流电流和电压测量。开关型如图4所示，其中Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点Bnp时，感测器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bnp以下时，感测器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，感测器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

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锁键型如图5所示，当磁感应强度超过动作点Bnp时，感测器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。

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线性型输出电压与外加磁场强度呈线性关係，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度範围内有较好的线性度，磁感应强度超出此範围时则呈现饱和状态。

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开环式电流感测器由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔感测器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计製成霍尔电流感测器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流感测。霍尔电流感测器工作原理如图6所示，标準圆环铁芯有一个缺口，将霍尔感测器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔感测器有信号输出。闭环式电流感测器磁平衡式电流感测器也叫霍尔闭环电流感测器，也称补偿式感测器，即主迴路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。磁平衡式电流感测器的具体工作过程为：当主迴路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is 。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。