霍尔式传感器的工作原理

　　霍尔式传感器在人们的生活中发挥了很大的作用，那么霍尔式传感器的工作原理是什么呢?它是怎么实现刹量的呢?聚英电子来介绍一下霍尔式传感器的工作原理，测量误差补偿是如何实现的。

　　霍尔式传感器，利用半导体材料的霍尔效应进行刻星的一种磁敏式传感器。它可以直接测随磁场和做位移量，应用于电池测量、压力、加速度、振动等方面的测量领域。目前霍尔传感器已从分立元件发展到集成电路的阶段，正越来越受人们的重视，应用日益广泛。

　　一、电流与电压

　　电荷可以激发电场，并对置于电场中的其他电荷产生电场力的作用，类似于地球周围的重力场可以对人产生重力作用。电荷量越大，电场越强，相同距离间的电场力作用就越明显，这个作用就是电压。

　　也就是说，电压越大，表明电场越强，对电荷的作用力就越大。又因为，导体中存在大量自由电子(负电荷)，所以，若给导体施加电压，就相当于在导体内部施加了个强电场，在这个强电场的作用力下，导体内部的自由电子因受到力的作用发生定向移动，这就是电流。且电压越大，电场越强，受到电场力发生移动的电荷(自由电子)就越多，电流就越大。换言之，电流一方面表明了电荷的定向移动，一方面又表示了移动的电荷量(单位时间通过导体截面的电荷量)。

　　另外，电场方向为电压正极指向电压负极，或者说，电场方向为正电荷指向负电荷。由于电荷之间同性相斥，异性相吸，若正电荷处于电场中，就会受到电场力从电压正极跑向负极，这个跑向就是电流正方向，所以把电流从电压正极流向负极的这种方向关系称为关联参考方向。

　　二、洛伦兹力

　　洛伦兹力属于电磁力的一种。电磁力包括宏观上的安培力以及微观上的洛伦兹力。所谓电磁力，是指通电导体或运动电荷处于磁场中时，会受到磁场的作用力。因为通电导体本质是其内部电荷的定向移动，大量运动电荷，每个运动电荷都受到洛伦兹力的作用，在宏观上就表现为导体所受到的安培力(各个洛伦兹力的合力)。

　　洛伦兹力的方向判断用左手定则，磁力线从掌心穿过，四指指向正电荷的运动方向(即电流正方向)，拇指指向即为洛伦兹力方向，在这个力的作用下，正电荷的运动将发生偏转。

　　若运动电荷带负电，四指指向将相反(因为负电荷的运动方向与电流正方向相反)，根据左手定则，可以发现，同一磁场中，正、负电荷所受到的洛伦兹力方向相反。毫无疑问，磁场越强，运动电荷所受到的洛伦兹力就越大。

　　已知电压电流与洛伦兹力的含义，那么我们对霍尔效应的理解就会显得尤为简单。

　　三、霍尔效应

　　霍尔效应由物理学家霍尔发现，简单来说就是给半导体通电并将其置于磁场中，该半导体将会产生另一个电压。给一半导体通电，将有电流流过，电流由自由电子定向移动形成。

　　将磁体靠近通电的半导体，此时半导体处于磁场中。显然，半导体中定向移动的自由电子就会受到洛伦兹力的作用发生偏转。根据左手定则，磁力线从上往下穿过半导体，电子运动方向为四指反方向，则拇指为电子偏转方向。

　　另外，在半导体中，电荷除了自由电子外，还有失去电子的空穴(或者说离子，带正电)，带有等量异性电荷，分别处于半导体两侧。由于异性电荷分别聚集在半导体两侧，这就会在半导体内部形成内电场，即正负电荷之间的空间存在电场。

　　电场的建立，相当于有了电压的存在，此时用电压表测半导体两侧，必然会有具体电压值，这个电压被称为霍尔电压或霍尔电势差。

　　结合上文所言的洛伦兹力，磁场越强，所能束缚的运动电荷就越多，那么半导体两侧聚集的异性电荷就越多，所建立的内电场就越强，即两侧的电压越大。

　　霍尔式传感器的常见的产生误差的因素有:半号体本身应有的特性、半导体制造工艺水平、环境温度变化、霍尔传感器的安装是否合理等，测量误差一般表现为零误差和温度误差。

　　零位误差及其补偿

　　当霍尔元件的激励电流不再为零时，若所处位置的磁感应强度为零。则霍尔电势仍应为零，但实际中若不为零，则此时空载的霍尔电势称为零位误差。

　　温度误差及补偿

　　由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度都随温度而变化，用此材料制成的霍尔元件的性能参数必然随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差。

　　为了减小温度误差，除选用温度系数0较小的材料，还可以来取一些恒温措施。或者采用恒流源或恒压源配合补偿电阻供电，这样可以减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流变化。