霍爾元件的應用與注意事項

2020-12-03 響拇指電子

自從霍爾效應被發現100多年以來,它的應用經歷了三個階段:

第一階段是從霍爾效應的發現到20世紀40年代前期。最初,由於金屬材料中的電子濃度很大,而霍爾效應十分微弱,所以沒有引起人們的重視。這段時期也有人利用霍爾效應製成磁場感測器,但實用價值不大,到了1910年有人用金屬鉍製成霍爾元件,作為磁場感測器。但是,由於當時未找到更合適的材料,研究處於停頓狀態。第二階段是從20世紀40年代中期半導體技術出現之後,隨著半導體材料、製造工藝和技術的應用,出現了各種半導體霍爾元件,特別是鍺的採用推動了霍爾元件的發展,相繼出現了採用分立霍爾元件製造的各種磁場感測器。第三階段是自20世紀60年代開始,隨著集成電路技術的發展,出現了將霍爾半導體元件和相關的信號調節電路集成在一起的霍爾感測器。進入20世紀80年代,隨著大規模超大規模集成電路和微機械加工技術的進展,霍爾元件從平面向三維方向發展,出現了三埠或四埠固態霍爾感測器,實現了產品的系列化、加工的批量化、體積的微型化。霍爾集成電路出現以後,很快便得到了廣泛應用。霍爾元件應用十分廣泛大致可分為以下幾個方向。

1.測量載流子濃度:根據霍爾電壓產生的公式,以及在外加磁場中測量的霍爾電壓可以判斷傳導載流子的極性與濃度,這種方式被廣泛地利用於半導體中摻雜載體的性質與濃度的測量上。

2.測量磁場強度:

只要測出霍爾電壓VBB,即可算出磁場B的大小;並且若知載流子類型(n型半導體多數載流子為電子,P型半導體多數載流子為空穴),則由VBB'的正負可測出磁場方向,反之,若已知磁場方向,則可判斷載流子類型。3.測量電流強度:將圖4中霍爾器件的輸出(必要時可進行放大)送到經校準的顯示器上,即可由霍爾輸出電壓的數值直接得出被測電流值。這種方式的優點是結構簡單,測量結果的精度和線性度都較高。可測直流、交流和各種波形的電流。但它的測量範圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應用中,霍爾器件是磁場檢測器,它檢測的是磁芯氣隙中的磁感應強度。電流增大後塑料工業網,磁芯可能達到飽和;隨著頻率升高,磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會隨之升高。這些都會對測量精度產生影響。當然,也可採取一些改進措施來降低這些影響,例如選擇飽和磁感應強度高的磁芯材料;製成多層磁芯;採用多個霍爾元件來進行檢測等等。這類霍爾電流感測器的價格也相對便宜,使用非常方便,已得到極為廣泛的應用,國內外已有許多廠家生產。4.測量微小位移:若令霍爾元件的工作電流保持不變,而使其在一個均勻梯度磁場中移動,它輸出的霍爾電壓VH值只由它在該磁場中的位移量Z來決定。圖6示出3種產生梯度磁場的磁系統及其與霍爾器件組成的位移感測器的輸出特性曲線,將它們固定在被測系統上,可構成霍爾微位移感測器。從曲線可見,結構(b)在Z<2mm時,VH與Z有良好的線性關係,且分辨力可達1μm,結構(C)的靈敏度高,但工作距離較小。用霍爾元件測量位移的優點很多:慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長。以微位移檢測為基礎,可以構成壓力、應力、應變、機械振動、加速度、重量、稱重等霍爾感測器。5.壓力感測器:霍爾壓力感測器由彈性元件,磁系統和霍爾元件等部分組成,如圖6所示。在圖6中,(a)的彈性元件為膜盒金屬加工網,(b)為彈簧片,(c)為波紋管。磁系統最好用能構成均勻梯度磁場的複合系統,如圖6中的(a)、(b),也可採用單一磁體,如(c)。加上壓力後,使磁系統和霍爾元件間產生相對位移,改變作用到霍爾元件上的磁場,從而改變它的輸出電壓VH。由事先校準的p~f(VH)曲線即可得到被測壓力p的值。

6.霍爾加速度感測器:

圖7示出霍爾加速度感測器的結構原理和靜態特性曲線。在盒體的O點上固定均質彈簧片S,片S的中部U處裝一慣性塊M,片S的末端b處固定測量位移的霍爾元件H,H的上下方裝上一對永磁體,它們同極性相對安裝。盒體固定在被測對象上,當它們與被測對象一起做垂直向上的加速運動時,慣性塊在慣性力的作用下使霍爾元件H產生一個相對盒體的位移,產生霍爾電壓VH的變化。可從VH與加速度的關係曲線上求得加速度。

們在利用霍爾效應開發的各種感測器,磁羅盤、磁頭、電流感測器、非接觸開關、接近開關、位置、角度、速度、加速度感測器、壓力變送器、無刷直流電機以及各種函數發生器、運算器等,已廣泛應用於工業自動化技術、檢測技術和信息處理各個方面。僅在汽車的電子系統中,使用霍爾IC的就有十幾處。如點火控制、發動機速度檢測、燃料噴射控制、底盤控制、門鎖控制以及方位導航控制等。除了己非常成熟的雙極型霍爾IC外,應用CMOS和Si CMOS技術的霍爾產品業已廣泛使用,MOS霍爾IC的功耗更低,功能更強。霍爾IC的種類較多,大致可分為霍爾線性IC和霍爾開關IC。前者的輸出與磁場成正比nc.qoos.ipi,用於各種參量的測量:後者的輸出為高、低電平兩利,狀態,常用於無刷電機和汽車點火裝置中。此外,大功率的霍爾IC的應用也非常廣泛,它將功率驅動級和各種保護電路集成到霍爾IC中,使得器件具有很強的驅動能力,它們可直接驅動無刷電動機,也常用在汽車中作開關器件。在實際使用中,經常將霍爾集成電路(有時也用霍爾元件)與永磁體、軟磁材料等封裝在一起,組成適用於特定應用場合的霍爾感測器組件。

在國外,由於磁感測器已逐漸被廣泛而大量地使用,有許多企業競相研製和生產,形成一定規模的磁感測器產業。霍爾器件是半導體磁感測器中最成熟和產量最大的產品。旭化成(InSb霍爾元件)、Honeywell、A11egro、SEC、ITT、Siemens(霍爾電路)等均已大量生產。Philips、Honeywell、Sony、IBM等已大量生產了金屬膜磁敏電阻器及集成電路。TDK、Sony、Matsusbita、Toshiba等已批量生產非晶磁頭等非晶金屬磁感測器。還有LEM、Honeywell、FW.Bell、NaNa等公司生產廠各種用途和量程的電流、電壓感測器和其它類型的磁感測器組件,這些磁感測器都巳得到廣泛的應用。

霍爾效應應用中存在的問題與注意事項應用霍爾效應製作的感測器對均勻、恆定磁場測量的準確度一般在5%—0.5%,高精度的測量準確度可以達到0.05%。但對磁體表面的非均勻磁場的測量就談不上準確度了。往往是不同的儀表,或同型號的儀表,不同的探頭,或同一支探頭的不同側面。去測量同一磁體表面,同一位置(應該說看上去是同一位置)的磁場時,顯示的結果大不一樣,誤差可以超過20%,甚至50%。在實際應用中,伴隨霍爾效應經常存在其他效應。例如實際中載流子遷移速率u服從統計分布規律,速度小的載流子受到的洛倫茲力小於霍爾電場作用力,向霍爾電場作用力方向偏轉,速度大的載流子受到磁場作用力大於霍爾電場作用力,向洛倫茲力方向偏轉。這樣使得一側告訴載流子較多,相當於溫度較高,而另一側低速載流子較多,相當於溫度較低。這種橫向溫差就是溫差電動勢VE,這種現象稱為愛延豪森效應。這種效應建立需要一定時間,如果採用直流電測量時會因此而給霍爾電壓測量帶來誤差,如果採用交流電,則由於交流變化快使得愛延豪森效應來不及建立,可以減小測量誤差。此外,在使用霍爾元件時還存在不等位電動勢引起的誤差,這是因為霍爾電極不可能絕對對稱焊在霍爾片兩側產生的。由於目前生產工藝水平較高,不等位電動勢很小,故一般可以忽略,也可以用一個電位器加以平衡。

相關焦點

  • 霍爾元件的應用簡介
    對霍爾元件有研究的讀者應該都知道,霍爾電勢是關於I、B、θ三個變量的函數,即: E= Kq IBcosθ利用這個關係可以使其中兩個量不變,將第三個量作為變量,或者固定其中一個量,其餘兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。
  • 霍爾元件在iphone手機上的應用
    新款ip02iphone手機中的霍爾元件是如何工作的霍爾傳感器作為三大傳感器之一,廣泛的應用於各種智能穿戴設備,手機正是霍爾效應最常見的應用之一,當然蘋果iphone手機也不例外。霍爾元件在蘋果手機中的應用,有兩個地方,第一是防拆檢測,第二是屏幕休眠與喚醒。通常智慧型手機中的應用都是這兩個方案。防拆檢測的應用:一般我們會選擇單極微功耗的霍爾元件。首先,因為電子產品使用的電子元器件,必然是越省電越好。
  • 霍爾元件怎麼用?
    簡介:霍爾元件是一種基於霍爾效應的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關的場合中使用。
  • 線性霍爾元件的原理及應用
    打開APP 線性霍爾元件的原理及應用 發表於 2017-02-06 17:08:03 UGN350lT是一種目前較常用的三端型線性霍爾元件。
  • 霍爾元件在微波爐中的應用
    霍爾元件在微波爐中的應用微波爐運行時,烤箱內部不斷加熱,溫度不斷升高。電氣部件中的風扇電機開始工作以散熱或強制冷卻。利用電磁感應原理,雙極閉鎖霍爾感應元件常被用作同步檢測裝置,控制一組電路,切換繞組通電順序,產生旋轉磁場,實現電子換向功能。如今,霍爾的使用在公共生活中越來越流行,相應的人們的生活水平也越來越好。
  • 霍爾傳感器的誤差消除方法,霍爾傳感器在使用中的注意事項
    後來發現半導體、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,利用這現象製成的各種霍爾元件,廣泛地應用於工業自動化技術、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係數,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。
  • 用霍爾元件測量磁場講義
    霍爾效應是導電材料中的電流與磁場相互作用而產生電動勢的效應。金屬和半導體都會發生霍爾效應現象,但由於半導體的霍爾效應顯著而得到實用和發展,現在廣泛用於非電量的測量、電動控制、電磁測量和計算裝置方面。本實驗採用霍爾效應實驗裝置,通過測量通電螺線管的勵磁電流、霍爾元件的工作電流和霍爾電壓,得出磁感應強度以及各相關物理量之間的關係曲線,以學習霍爾效應和霍爾元件的基本知識以及用霍爾元件測磁場的原理和方法。
  • 雙極霍爾元件詳解
    雙極霍爾元件是指霍爾可以感應磁鐵的南極和北極,和全極霍爾的區別是全極只要感應到磁場靠近,不分南北極,都是輸出低電平,雙極在感應到南極和北極的時候分別隨機輸出低電平和高電平。雙極霍爾元件01工作原理雙極霍爾需要兩個磁極分別控制高低電平
  • 霍爾元件原理介紹及其應用
    霍爾元件之作用原理也就是霍爾效應該電位差即霍爾電壓(霍爾電壓) 在實際的霍爾組件中,一般使用物質中之電流載子為電子的N 型半導體材料。將一定之輸入施加至霍爾組件時之輸出電壓,利用上述之關係予以分析時,可以獲致下列的結論:(1) 材料性質與霍爾係數乘以電子移動度之積之平方根成正比。(2) 材料之形狀與厚度之平方根之倒數成正比。
  • 霍爾元件靈敏度是多少
    霍爾元件可用多種半導體材料製作,如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導體異質結構量子阱材料等等。霍爾元件是一種基於霍爾效應的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關的場合中使用。 霍爾元件具有許多優點,它們的結構牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1MHZ),耐震動,不怕灰塵、油汙、水汽及鹽霧等的汙染或腐蝕。
  • 霍爾元件在藍牙耳機中的應用原理分析——華芯科技
    藍牙耳機就是將藍牙技術應用在耳機上,最大的特點就是無線,內置霍爾元件,音質通過無線傳輸,這樣可以使用戶避免線繩的牽絆,以便攜帶,深受廣大用戶的喜愛。可能大家對霍爾開關這個概念不是很清楚,什麼是霍爾開關呢?霍爾開關就是通過磁場的感應給出一個觸發信號,有磁靠近時霍爾IC輸出低電平,霍爾元件處於導通狀態,無磁靠近時霍爾開關輸出高電平,處於關閉狀態。
  • 霍爾元件在電動車轉把中的應用
    霍爾元件是根據霍爾效應製成的磁場元器件。霍爾效應是一種磁電效應。這個現象是霍爾在1879年研究金屬電機制時發現的。後來人們發現半導體和導電流體也有這樣的效應,半導體的霍爾效應比金屬強得多。利用這種現象製造成的霍爾效應元器件廣泛運用於工業技術、信息處理以及檢測技術。
  • 關於霍爾元件選型的一些建議
    小編在這篇文章中為您解答~霍爾元件,霍爾開關根據霍爾元件的不同功能,可以將霍爾元件分為四類:單極霍爾元件,雙極霍爾元件,全極霍爾元件,線性霍爾元件。一般單極的霍爾開關有:HX3144,HX6285,HX6275,HX6287,HX6278,HX6286.單極霍爾元件一般應用有非接觸式開關、汽車點火器、制動電路、位置、速度檢測和控制、安全報警裝置、紡織品控制系統等等等等。
  • 霍爾元件的小知識
    單極霍爾元件單極霍爾開關具有磁性工作閾值,也就是BOP。如果霍爾元件所在位置的磁通密度大於工作閾值,那麼輸出電晶體將開啟,當磁通密度降低至低於工作閾值BRP時,電晶體會關閉。滯後(Bhys)是兩個閾值Bop-Brp之間的差額。
  • 霍爾元件在磁懸浮燈泡中的應用
    新型的電子元件技術不僅可以用於科研、生產設備中,也可以用於我們的娛樂生活中,比如好看的磁懸浮擺件、磁懸浮盆景,美觀大方,並且充滿著科技感。今天給大家介紹個磁懸浮燈泡,不僅可以讓燈泡懸浮而且可以使燈泡發光。
  • 單極霍爾元件詳解
    01什麼是單極霍爾元件單極霍爾開關是一款採用雙極工藝技術的單極性霍爾效應傳感器IC,響應速度快,靈敏度高,具有略高的工作溫度範圍及可靠性。它由反向電壓器、電壓調整器、霍爾電壓發生器、信號放大器、史密特觸發器和集電極開路的輸出級組成。工作溫度範圍為-40℃-150℃ 。02單極霍爾元件的工作原理單極霍爾需要指定一個磁極,一般都是指定S極。
  • 華芯單極霍爾元件介紹
    單極霍爾元件正在逐步替代固態開關,在接近開關,計數器,轉速計算中發揮著其獨特的優勢。大家都知道霍爾元件由於是由環氧樹脂灌封,所以在很多惡劣環境下都可以正常工作,它的有點有壽命長,無抖動,無觸點,檢測頻率高,耐壓好等等。
  • 霍爾元件的工作原理
    一、霍爾元件的工作原理:所謂霍爾效應,是指磁場作用於載流金屬導體、半導體中的載流子時,產生橫向電位差的物理現象。金屬的霍爾效應是1879年被美國物理學家霍爾發現的。當電流通過金屬箔片時,若在垂直於電流的方向施加磁場,則金屬箔片兩側面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯,而鐵磁金屬在居裡溫度以下將呈現極強的霍爾效應。利用霍爾效應可以設計製成多種傳感器。
  • 霍爾電流傳感器的工作原理及應用解析
    目前,該技術在電力、冶金、化工、造紙、食品、紡織等多種行業的電機傳動設備中得到實際應用,已經成為現代電力傳動技術的一個主要發展方向。用變頻器控制電機實現調速,可節省10%以上的電能。 霍爾電流傳感器由於其優異的特性,越來越多的變頻器製造商選擇它作為電量監控的元器件。 2. 工作原理 霍爾電流傳感器是根據霍爾效應製作的一種磁場傳感器。
  • 如何檢測不同類型的霍爾元件是否損壞
    常見的霍爾元件可以分為四個類型,單極霍爾元件、全極霍爾元件、鎖存霍爾元件、線性霍爾元件,不同類型的霍爾元件判斷是否損壞的方法也有一些區別,今天無錫迪仕電子科技有限公司的小編暖暖就來帶大家了解一下不同類型的霍爾元件是如何判斷是否損壞的。