霍爾元件的定義

霍爾器件是一種磁傳感器。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。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。霍爾器件具有許多優點，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、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器,已發展成一個品種多樣的磁傳感器產品族，并已得到廣
泛的應用。

霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm 級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達－55℃～150℃。按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件 和 霍爾開關器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

霍爾效應
如圖1 所示，在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現一個電壓，如圖1 中的VH，這種現象就是霍爾效應，是由科學家愛德文·霍爾在1879 年發現的。VH 稱為霍爾電壓。

（a）霍爾效應和霍爾元件
這種現象的產生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場。霍爾電場產生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側建立起一個穩定的電壓，這就是霍爾電壓。在片子上作四個電極，其中C1、C2 間通以工作電流I，C1、C2 稱為電流電極，C3、C4 間取出霍爾電壓VH，C3、C4 稱為敏感電極。將各個電極焊上引線，并將片子用塑料封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。

或(3)
在上述（1）、（2）、（3）式中VH 是霍爾電壓，ρ 是用來制作霍爾元件的材料的電阻率，μn 是材料的電子遷移率，RH 是霍爾系數，l、W、t 分別是霍爾元件的長、寬和厚度，f(I/W)是幾何修正因子，是由元件的幾何形狀和尺寸決定的，I 是工作電流，V 是兩電流電極間的電壓，P 是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可見，在霍爾元件中，ρ、RH、μn 決定于元件所用的材料，I、W、t 和f(I/W)決定于元件的設計和工藝，霍爾元件一旦制成，這些參數均為常數。因此，式(1)～(3)就代表了霍爾元件的三種工作方式所得的結果。(1)式表示電流驅動，(2)式表示電壓驅動，(3)式可用來評估霍爾片能承受的最大功率。

為了精確地測量磁場,常用恒流源供電,令工作電流恒定,因而,被測磁場的磁感應強度B 可用霍爾電壓來量度。在一些精密的測量儀表中，還采用恒溫箱，將霍爾元件置于其中，令RH 保持恒定。若使用環境的溫度變化，常采用恒壓驅動，因和RH 比較起來，μn 隨溫度的變化比較平緩，因而VH 受溫度變化的影響較小。為獲得盡可能高的輸出霍爾電壓VH，可加大工作電流，同時元件的功耗也將增加。(3)式表達了VH 能達到的極限——元件能承受的最大功耗。

霍爾器件

霍爾器件分為: 霍爾元件 和 霍爾集成電路 兩大類，前者是一個簡單的霍爾片，使用時常常需要將獲得的霍爾電壓進行放大。后者將霍爾片和它的信號處理電路集成在同一個芯片上。

霍爾元件
霍爾元件可用多種半導體材料制作，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。InSb 和GaAs 霍爾元件輸出特性見圖1(a)、圖1(b).

（a）霍爾效應和霍爾元件????????? （b）InSb 霍爾元件的輸出特性

(c)GaAs 霍爾元件的輸出特性?????? 圖1 霍爾元件的結構和輸出特性

霍爾元件的特性
　　1、霍爾系數（又稱霍爾常數）RH
　　在磁場不太強時，霍爾電勢差UH與激勵電流I和磁感應強度B的乘積成正比，與霍爾片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH稱為霍爾系數，它表示霍爾效應的強弱。 另RH=μ*ρ即霍爾常數等于霍爾片材料的電阻率ρ與電子遷移率μ的乘積。
　　2、霍爾靈敏度KH（又稱霍爾乘積靈敏度）
　　霍爾靈敏度與霍爾系數成正比而與霍爾片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通常可以表征霍爾常數。
　　3、霍爾額定激勵電流
　　當霍爾元件自身溫升10℃時所流過的激勵電流稱為額定激勵電流。
　　4、霍爾最大允許激勵電流
　　以霍爾元件允許最大溫升為限制所對應的激勵電流稱為最大允許激勵電流。
　　5、霍爾輸入電阻
　　霍爾激勵電極間的電阻值稱為輸入電阻。
　　6、霍爾輸出電阻
　　霍爾輸出電極間的電阻值稱為輸入電阻。
　　7、霍爾元件的電阻溫度系數
　　在不施加磁場的條件下，環境溫度每變化1℃時，電阻的相對變化率，用α表示，單位為%/℃。
　　8、霍爾不等位電勢（又稱霍爾偏移零點）
　　在沒有外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，在輸出端空載測得的霍爾電勢差稱為不等位電勢。
　　9、霍爾輸出電壓
　　在外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，在輸出端空載測得的霍爾電勢差稱為霍爾輸出電壓。
　　10、霍爾電壓輸出比率
　　霍爾不等位電勢與霍爾輸出電勢的比率
　　11、霍爾寄生直流電勢
　　在外加磁場為零、霍爾元件用交流激勵時，霍爾電極輸出除了交流不等位電勢外，還有一直流電勢，稱寄生直流電勢。
　　12、霍爾不等位電勢
　　在沒有外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，環境溫度每變化1℃時，不等位電勢的相對變化率。
　　13、霍爾電勢溫度系數
　　在外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，環境溫度每變化1℃時，不等位電勢的相對變化率。它同時也是霍爾系數的溫度系數。
　　14、熱阻Rth
　　霍爾元件工作時功耗每增加1W，霍爾元件升高的溫度值稱為它的熱阻，它反映了元件散熱的難易程度，
　　單位為： 攝氏度/w
　　無刷電機霍爾傳感器AH44E
　　開關型霍爾集成元件，用于無刷電機的位置傳感器。
　　引腳定義（有標記的一面朝向自己）：（左）電源正；（中）接地；（右）信號輸出
　　體積(mm)：4.1*3.0*1.5
　　安裝時注意減少應力與防靜電.

霍爾元件及其應用