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霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速,如录像机的磁鼓,电脑中的散热风扇等;是一种基于霍尔效应的磁传感器,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。

简介

  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。
  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℃。
  霍尔电位差 UH 的基本关系为[1]
  UH=RHIB/d (18)
  RH=1/nq(金属) (19)
  式中 RH——霍尔系数:
  n——单位体积内载流子(自由电子和空穴)的个数
  q——电子电量;
  I——通过的电流;
  霍尔元件
  霍尔元件
  B——垂直于I的磁感应强度;
  d——导体的厚度。
  对于半导体和铁磁金属,霍尔系数表达式与式(19)不同,此处从略。
  由于通电导线周围存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,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,特别适合于大电流传感。
  利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
  霍尔元件应用霍尔效应的半导体。

工作原理

  霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
  所谓霍尔效应,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。
  利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为:
  UH=RHIB/d (1) RH=1/nq(金属) (2)
  式中 RH――霍尔系数;n――单位体积内载流子或自由电子的个数;q――电子电量;I――通过的电流;B――垂直于I的磁感应强度;d――导体的厚度。
  对于半导体和铁磁金属,霍尔系数表达式和式(2)不同,此处从略。
  由于通电导线周围存在磁场,其大小和导线中的电流成正比,故可以利用霍尔元件测量出磁场,就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不和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,特别适合于大电流传感。
  若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中,则在该元件中将产生电流I,元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比,如果再测出该电磁场的磁场强度,则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。
  利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
  如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上,当装在运动物体上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数,则可以确定其运动速度。

常用型号

单极霍尔开关电路

型号

工作电压VDD(V)

工作电流IDD(mA)

工作点Bop(GS)

释放点Brp(GS)

工作温度TA(℃)

封装

形式

典型应用

HAL202

4-20

3.5

180

60

-40-85

TO-92S

位置检测、转速检测

HAL3134

4.5-24

10

110

20

-40-150

TO-92S

舞台灯光、车速仪表、空调电机等

HAL3144E

3.8-30

4

250

230

-40-85

TO-92S

舞台灯光、车速仪表、空调电机等

HAL44E

3.5-24

5

80-160

30-110

-40-125

SOT-23

马达、无触点开关

HAL131

3.8-30

3.2

45

40

-40-125

TO-92S

霍尔接近开关传感器、转速探测

HAL43A

3.8-30

3.2

180

50

-40-150

TO-92S

速度和RPM传感器、转速计等

HAL43F

3.8-30

4.0

200

170

-40-150

TO-92S

速度和RPM传感器、转速计等

HAL58

3.5-24

2.5

180

137

-40-150

SOT-23

马达、无触点开关

HAL543

3.5-24

5

160

110

-40-150

SOT-89B

无触点开关、位置检测、转速计

AH3144E

4.5-24

10

110

20

-40-85

TO-92S

舞台灯光、车速仪表、空调电机等

AH3144L

4.5-24

10

110

20

-40-150

TO-92S

舞台灯光、车速仪表、空调电机等

AH543

4.5-24

10

200

30

-40-150

SOT-89

无触点开关、位置检测、转速计

A1101E3.8-247.530—17510—145-40—85TO-92

无触点开关、位置检测、转速计

A1104E3.8-247.5205—355150—300-40—85TO-92

无触点开关

EW-4504.5-18820050-20-115SOT-23单极开关应用
EW-5504.5-18820050-20-115TO-92电机应用

双极锁存型霍尔电路

型号

工作电压VDD(V)

工作电流IDD(mA)

工作点Bop(GS)

释放点Brp(GS)

工作温度TA(℃)

封装形式

典型应用

HAL41F

3.8-30

4

120

120

-40-150

TO-92S

直流无刷电机、转速检测

EW-5124.5-18860-60-30-115TO-92

水流量计、热水器、无刷电机

EW-7322.2-18860-60-30-115TO-92

水流量计、热水器、无刷电机

U183.5-24595-95-40-125TO-92

水流量计、汽车里程表、无刷电机

SS40AF4.5-2410110-45-40-150TO-92

直流无刷电机、转速检测

HAL732

2.5-24

2.5

18

-18

-40-150

SOT-23

高灵敏无触点开关、无刷电机

HAL1881

2.4-24

2.5

30

-30

-40-150

SOT-23

高灵敏无触点开关、无刷电机

HAL513

3.5-30

4

70

-70

-40-150

SOT-89

高灵敏无触点开关、无刷电机

AH512

4.5-24

10

60

-60

-40-125

TO-92

高灵敏无触点开关、无刷电机

微功耗全极性霍尔开关电路

型号

工作电压VDD(V)

工作电流IDD(MA)

工作点Bop(GS)

释放点Brp(GS)

工作温度TA(℃)

封装形式

典型应用

A32122.5-3.511-5510-1-40—85

SOT-23

TO-92

低功耗数码产品 如:手机

YS49132.4- 5.5-1-4.55042-45—150SOT-23

TO-92

移动电话
  笔记本电脑
  便携电子设备等
YS92482.5-5.565520-40—85SOT-23

TO-92

移动电话
  笔记本电脑
  便携电子设备等
HAL13S

2.4-5.5

0.009

55

25

-40-85

SOT-23

低功耗数码产品 如:手机

HAL148

2.4-5.5

0.005

45

32

-40-125

TO-92S

低功耗数码产品 如:电筒

HAL148L

1.8-3.5

0.005

45

32

-40-125

SOT-23

玩具

线性霍尔

型号

工作电压VDD(V)

磁场范围GS

输出电压VOT(V)

灵敏度S mv/G

工作温度TA(℃)

封装形式

典型应用

HW302B0.5-2

+/-500

小122大2043.2-5.9 at 1V-40-110DIP-4电流传感器
HW302C10

+/-750

小55大751.3 at 6V-40-125DIP-4电流传感器、磁场检测

HAL95A

4.5-10.5

+/-670

0.5-4.5

3.125

-40-150

TO-92S

角度探测 如:汽车油门

HAL49E

3.0-6.5

+/-100

0.8-4.25

1.4

-40-100

TO-92S

角度测量 如:电动车转把

元件分类

  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。
  霍尔开关
  按照霍尔开关的感应方式可将它们分为:单极性霍尔开关、双极性霍尔开关、全极性霍尔开关。
  单极性霍尔开关的感应方式:磁场的一个磁极靠近它,输出低电位电压(低电平)或关的信号,磁场磁极离开它输出高电位电压(高电平)或开的信号,但要注意的是,单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效,一般是正面感应磁场S极,反面感应N极。
  双极性霍尔开关的感应方式:因为磁场有两个磁极N、S(正磁或负磁),所以两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关(高低电平),它一般具有锁定的作用,也就是说当磁极离开后,霍尔输出信号不发生改变,直到另一个磁极感应。另外,双极性霍尔开关的初始状态是随机输出,有可能是高电平,也有可能是低电平。
  全极性霍尔开关的感应方式:全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似,区别在于,单极性霍尔开关会指定磁极,而全极性霍尔开关不会指定磁极,任何磁极靠近输出低电平信号,离开输出高电平信号。
  线性霍尔
  线性霍尔元件是一种模拟信号输出的磁传感器,输出电压随输入的磁力密度线性变化。
  线性霍尔效应传感器 IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态(无磁场)时,从理论上讲,输出应等于在工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半。增加南极磁场将增加来自其静态电压的电压。相反,增加北极磁场将增加来自其静态电压的电压。这些部件可测量电流的角、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁力驱动的方式反映机械事件。

元件特性

  1、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。
  2、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。
  3、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。
  4、霍尔允许激励电流
  以霍尔元件允许温升为限制所对应的激励电流称为允许激励电流。
  5、霍尔输入电阻
  霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
  6、霍尔输出电阻
  霍尔输出电极间的电阻值称为输出电阻。
  7、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%/℃。
  8、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。
  9、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
  无刷电机霍尔传感器AH44E
  开关型霍尔集成元件,用于无刷电机的位置传感器。
  引脚定义(有标记的一面朝向自己):(左)电源正;(中)接地;(右)信号输出
  体积(mm):4.1*3.0*1.5
  安装时注意减少应力与防静电

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