一文浅谈霍尔元件

定义
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。

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霍尔元件的工作原理

霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。
霍尔元件主要基于霍尔效应，霍尔效应是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。关于霍尔效应的详细描述可以参考银河百科：霍尔效应。

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霍尔元件优点

霍尔元件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55℃～150℃。

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霍尔元件的分类

按照霍尔元件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

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霍尔元件的特性

01霍尔系数(又称霍尔常数)RH
在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即UH=RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。
02霍尔灵敏度KH(又称霍尔乘积灵敏度)
霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通常可以表征霍尔常数。
03霍尔额定激励电流
当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。
04霍尔最大允许激励电流
以霍尔元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。
05霍尔输入电阻
霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
06霍尔输出电阻
霍尔输出电极间的电阻值称为输入电阻。
07霍尔元件的电阻温度系数
在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃。
08霍尔不等位电势(又称霍尔偏移零点)
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。
09霍尔输出电压
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。
10霍尔电压输出比率
霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率
11霍尔寄生直流电势
在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。
12霍尔不等位电势
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
13霍尔电势温度系数
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。它同时也是霍尔系数的温度系数。
14热阻Rth
霍尔元件工作时功耗每增加1W，霍尔元件升高的温度值称为它的热阻，它反映了元件散热的难易程度，单位为：摄氏度/w。

审核编辑 黄宇