《霍尔传感器》课件

LOGO第 八 章 霍 尔 传 感 器 霍 尔 型 传 感 器 是 磁 电 转 换 的 一 种 传 感 器 。 1879年 霍 尔 在 金 属 材 料 中 发 现 的 ， 已 有 一 百 多 年 的 历 史 ，由 于 霍 尔 效 应 在 金 属 中 非 常 微 弱 ， 只 是 在 大 学 的 教科 书 中 作 为 一 种 理 论 而 存 在 ， 并 未 付 诸 实 际 应 用 。直 到 100多 年 以 后 ， 大 约 到 上 世 纪 四 十 年 代 后 期 ， 半导 体 工 艺 的 成 熟 ， 科 学 家 利 用 半 导 体 工 艺 重 新 试 验霍 尔 效 应 ， 结 果 发 现 ： 半 导 体 工 艺 （ P或 N型 ） 都 可以 再 现 霍 尔 效 应 现 象 ， 并 金 属 霍 尔 元 件 的 公 式 半 导体 霍 尔 元 件 可 得 到 同 样 的 结 论 ， 而 且 N型 半 导 体 尤其 明 显 。 使 霍 尔 效 应 得 到 广 泛 的 应 用 。 我 国 大 约 到上 世 纪 七 十 年 代 开 始 研 究 霍 尔 元 件 ， 已 能 生 产 各 种性 能 霍 尔 元 件 ， 例 如 ： 普 通 型 、 高 灵 敏 度 型 、 低 温度 系 数 型 、 测 温 测 磁 性 和 开 关 型 等 。 第 一 节 霍 尔 元 件 的 工 作 原 理 及 特 性v金 属 或 半 导 体 薄 片 置 于 磁 感 应 强 度 为 B的 磁 场中 ， 磁 场 方 向 垂 直 于 薄 片 ， 当 有 电 流 流 过 薄 片时 ， 在 垂 直 于 电 流 和 磁 场 的 方 向 上 将 产 生 电 动势 ， 这 种 现 象 称 霍 尔 效 应 。 如 图 所 示 。 霍 尔 效 应 原 理 图 v霍 尔 效 应 所 产 生 的 电 势 称 霍 尔 电 势 ， 大 小 与 控制 电 流 I和 磁 感 应 强 度 B的 乘 积 成 正 比 例 。 半 导体 薄 片 称 霍 尔 片 或 者 霍 尔 元 件 。 在 磁 场 B中 运 动 的 电 子 将 受 到 Lorentz力 fL fL=evB 偏 转 ,建 立 的 霍 尔 电 场 EH 对 随 后 的 运 动 电 子 施 加 一 电 场 力 fE fE=eEH =eUH /b 平 衡 时 ， fL = fE， 即 evB= eUH /b由 于 电 流 密 度 J=-nev(v为 电 子 运 动 速 度 )， 则 电 流 强 度 为 I=-nevbd 所 以 式 中 ， d霍 尔 片 度 ； n电 子 浓 度 ； R H =1/ne霍 尔 系 数 ；KH =RH /d=1/ned霍 尔 灵 敏 度 。 从 式 evB= e UH /b知 ， 霍 尔 电 压 UH 与 载 流 子 的 运 动 速 度v有 关 ，即 与 载 流 子 的 迁 移 率 有 关 。 由 于 = v/El(El为 电 流 方 向 上的 电 场 强 度 )， 材 料 的 电 阻 =1/ne， 所 以 霍 尔 系 数 RH 与 载流 体 材 料 的 电 阻 率 和 载 流 子 的 迁 移 率 的 关 系 为 RH = 金 属 导 体 ： 大 ， 但 小 （ n大 ） ； 绝 缘 体 ： 大 （ n小 ） ， 但 小 ；它 们 都 不 宜 作 霍 尔 元 件 (RH 太 小 )。 半 导 体 ： 、 适 中 适 宜 作 霍 尔 元 件 。 霍 尔 电 压 UH 还 与 元 件 的 几 何 尺 寸 有 关 ： KH =1/ned厚 度 d越 小 越 好 ， 一 般 d=0.01mm； 宽 度 b加 大 ， 或 长 宽 比 （ l/b） 减 小 时 ， 将 会 使 UH 下 降 ，应 加 以 修 正式 中 ， f(l/b)形 状 效 应 系 数 ， 如 表 9-2所 示 。 一 般 取l/b=22.5， 则 f(l/b)1， 就 足 够 了 。 霍 尔 元 件 示 意 图a)原 理 图 ； b)结 构 图 ； c)图 形 符 号 ； d)外 形 图 v 霍 尔 元 件 主 要 技 术 参 数v 1.输 入 电 阻 Ri和 输 出 电 阻 Rov Ri Ro， Ri、 Ro=1002000。v 2.额 定 控 制 电 流 Ic使 霍 尔 元 件 在 空 气 中 产 生 10C温 升 的v 控 制 电 流 Ic=(几 几 十 )mA。v 3.不 等 位 电 势 U0和 不 等 位 电 阻 R0v 霍 尔 元 件 在 额 定 控 制 电 流 作 用 下 ， 不 加 外 磁 场 时 其 霍 尔v 电 极 间 的 电 势 为 不 等 位 电 势 U0， 主 要 是 由 于 两 电 极 不 在 同v 一 等 位 面 上 以 及 材 料 电 阻 率 不 均 匀 等 因 素 引 起 的 ， 一 般v U0 10mV。 等 效 为 不 等 为 电 阻 R0= U0 /Ic。v 4.灵 敏 度 KHv 在 单 位 磁 感 强 度 下 ， 通 以 单 位 控 制 电 流 时 所 产 生 的 开 路v 霍 尔 电 压 （ mV/mAT或 mV/mAkGs） 。 v 5.寄 生 直 流 电 势 UoDv 在 不 加 外 磁 场 时 ， 交 流 控 制 电 流 通 过 霍 尔 元 件 而 在 霍 尔v 电 极 间 产 生 的 直 流 电 势 为 寄 生 直 流 电 势 UoD。 它 主 要 是 由v 于 电 极 与 霍 尔 片 间 的 非 完 全 欧 姆 接 触 所 产 生 的 整 流 效 应 造v 成 的 。v 6.霍 尔 电 势 温 度 系 数 v 为 温 度 变 化 1C时 ， 霍 尔 电 势 变 化 的 百 分 率 （ %/C） 。v 7.电 阻 温 度 系 数 v 为 温 度 变 化 1C时 ， 霍 尔 元 件 电 阻 变 化 的 百 分 （ %/C）v 8.灵 敏 度 温 度 系 数 v 为 温 度 变 化 1C时 ， 霍 尔 元 件 灵 敏 度 的 变 化 率 。v 9.线 性 度 v基 本 误 差 及 其 补 偿v温 度 误 差 及 其 补 偿v 温 度 变 化 ， 导 致 霍 尔 元 件 内 阻 （ Ri、 Ro)和 霍 尔 灵 敏 度（ KH） 等 变 化 ， 给 测 量 带 来 一 定 误 差 ， 即 温 度 误 差 。为 了 减 温 度 误 差 ， 需 采 取 温 度 补 偿 措 施 。 1.采 用 恒 流 源 供 电 和 输 入 回 路 并 联 电 阻 温 度 变 化 引 起 霍 尔 元 件 输 入 电 阻 Ri变 化 ， 在 稳 压 源 供电 时 ， 使 控 制 电 流 变 化 ， 带 来 误 差 。 为 了 减 小 这 种 误 差 ，最 好 采 用 恒 流 源 (稳 定 度 0.1%)提 供 控 制 电 流 。 但 灵 敏 度系 数 KH 也 是 温 度 的 函 数 ， 因 此 采 用 恒 流 源 后 仍 有 温 度 误差 。 为 了 进 一 步 提 高 UH 的 温 度 稳 定 性 ， 对 于 具 有 正 温 度系 数 的 霍 尔 元 件 ， 可 在 其 输 入 回 路 并 联 电 阻 R， 如 图 所示 。 恒 流 源 及 输 入 并 联 电 阻 温 度 补 偿 电 路 由 补 偿 电 路 图 知 ， 在 温 度 t0和 t时 (9-8)(9-9)(9-10)(9-11)当 温 度 影 响 完 全 补 偿 时 ， UH 0=UH t， 则 (9-12)将 式 (9-8)式 (9-11)代 入 式 (9-12)， 可 得 (9-13,14) v 2 选 取 合 适 的 负 载 电 阻 RLv 霍 尔 元 件 的 输 出 电 阻 R。 和 霍 尔 电 势 都 是 温 度 的 函 数(设 为 正 温 度 系 数 )， 霍 尔 元 件 应 用 时 ， 其 输 出 总 要 接 负载vRL(如 电 压 表 内 阻 或 放 大 器 的 输 入 阻 抗 等 )。 当 工 作 温 度改 变 时 ， 输 出 电 阻 R。 的 变 化 必 然 会 引 起 负 载 上 输 出 电势 的 变 化 。 RL上 的 电 压 为式 中 ， R o0温 度 为 t0时 霍 尔 元 件 的 输 出 电 阻 。 要 使 负 载 电 压 UL不 随 温 度 变 化 ， 即 v3.采 用 恒 压 源 和 输 入 回 路 串 联 电 阻v 当 霍 尔 元 件 采 用 稳 压 源 供 电 ， 且 霍 尔 输 出 开路 状 态 下 工 作 时 ， 可 在 输 入 回 路 中 串 人 适 当 电阻 来 补 偿 温 度 误 差 ， 其 分 析 过 程 与 结 果 同 式 温 度 误 差 及 其 补 偿v温 度 误 差 产 生 原 因 ：v 霍 尔 元 件 的 基 片 是 半 导 体 材 料 ， 因 而 对 温度 的 变 化 很 敏 感 。 其 载 流 子 浓 度 和 载 流 子 迁 移率 、 电 阻 率 和 霍 尔 系 数 都 是 温 度 的 函 数 。v 当 温 度 变 化 时 ， 霍 尔 元 件 的 一 些 特 性 参 数 ，如 霍 尔 电 势 、 输 入 电 阻 和 输 出 电 阻 等 都 要 发 生变 化 ， 从 而 使 霍 尔 式 传 感 器 产 生 温 度 误 差 。 减 小 霍 尔 元 件 的 温 度 误 差 v选 用 温 度 系 数 小 的 元 件v采 用 恒 温 措 施v采 用 恒 流 源 供 电 恒 流 源 温 度 补 偿 霍 尔 元 件 的 灵 敏 系 数 也 是 温 度 的 函 数 ， 它 随 温 度 的 变 化 引 起霍 尔 电 势 的 变 化 ， 霍 尔 元 件 的 灵 敏 系 数 与 温 度 的 关 系 K H 0 为 温 度 T0时 的 K H 值 ； 温 度 变 化 量 ； 霍 尔 电 势 的 温 度 系 数 。 v大 多 数 霍 尔 元 件 的 温 度 系 数 是 正 值 时 ，v它 们 的 霍 尔 电 势 随 温 度 的 升 高 而 增 加 （ 1+ t）倍 。v同 时 ， 让 控 制 电 流 I相 应 地 减 小 ， 能 保 持 KHI不变 就 抵 消 了 灵 敏 系 数 值 增 加 的 影 响 。 恒 流 源 温 度 补 偿 电 路 当 霍 尔 元 件 的 输 入 电 阻 随 温 度 升 高 而 增 加 时 ，旁 路 分 流 电 阻 自 动 地 加 强 分 流 ， 减 少 了 霍 尔 元 件 的 控 制 电 流 控 制 电 流 温 度 升 到 T时 ， 电 路 中 各 参 数 变 为 温 度 为 T0时霍 尔 元 件 输 入 电 阻 温 度 系 数 ；分 流 电 阻 温 度 系 数 。 为 使 霍 尔 电 势 不 变 ， 补 偿 电 路 必 须 满 足 : 升 温 前 、 后 的 霍 尔 电 势 不 变 ， 经 整 理 ， 忽 略 高 次 项 后 得 当 霍 尔 元 件 选 定 后 ， 它 的 输 入 电 阻 和 温 度 系数 及 霍 尔 电 势 温 度 系 数 可 以 从 元 件 参 数 表中 查 到 （ 可 以 测 量 出 来 ） ， 用 上 式 即 可 计 算出 分 流 电 阻 及 所 需 的 分 流 电 阻 温 度 系 数 值 。 第 二 节 霍 尔 集 成 电 路 将 霍 尔 元 件 及 其 放 大 电 路 、 温 度 补 偿 电 路 和稳 压 电 源 等 集 成 在 一 个 芯 片 上 构 成 独 立 器 件 集成 霍 尔 器 件 ， 不 仅 尺 寸 紧 凑 便 于 使 用 ， 而 且 有 利于 减 小 误 差 ， 改 善 稳 定 性 。 根 据 功 能 的 不 同 ， 集 成 霍 尔 器 件 分 为 霍 尔 线 性集 成 器 件 和 霍 尔 开 关 集 成 器 件 两 类 。 v霍 尔 集 成 元 件 是 霍 尔 元 件 与 集 成 运 放 一 体 化 的 结 构 ，是 一 种 传 感 器 模 块 。 可 分 为 线 性 输 出 型 和 开 关 输 出 型两 大 类 。 线 性 输 出 型 是 将 霍 尔 元 件 和 恒 流 源 、 线 性 放大 器 等 做 在 一 个 芯 片 上 ， 输 出 电 压 较 高 ， 使 用 非 常 方便 ， 已 得 到 广 泛 的 应 用 。 较 典 型 的 线 性 霍 尔 器 件 如UGN3501等 。 而 开 关 输 出 型 是 将 霍 尔 元 件 、 稳 压 电 路 、放 大 器 、 施 密 特 触 发 器 、 OC门 等 电 路 做 在 同 一 个 芯 片上 。 当 外 加 磁 场 强 度 超 过 规 定 的 工 作 点 时 ， OC门 由 高电 阻 状 态 变 为 到 通 状 态 ， 输 出 变 为 低 电 平 ， 当 外 加 磁场 强 度 低 于 释 放 点 时 ， OC门 重 新 变 为 高 电 阻 状 态 ， 输出 高 电 平 。 较 典 型 的 开 关 型 霍 尔 器 件 如 UGN3020等 。开 关 输 出 型 霍 尔 集 成 元 件 与 微 型 计 算 机 等 数 字 电 路 兼容 ， 因 此 ， 应 用 相 当 广 泛 。 v集 成 霍 尔 器 件 线 性 集 成 霍 尔 器 件 输 出 特 性 (a) (b) 线 性 集 成 霍 尔 器 件(a)外 形 尺 寸 ； (b)内 部 电 路 框 图 集 成 霍 尔 器 件 (a) (b)开 关 型 集 成 霍 尔 器 件(a)外 形 尺 寸 ； (b)内 部 电 路 框 图 开 关 型 线 性 集 成 霍 尔 器 件的 施 密 特 输 出 特 性 集 成 霍 尔 器 件 (a) (b)差 动 输 出 线 性 集 成 霍 尔 器 件(a)外 形 ； (b)内 部 电 路 框 图 差 动 输 出 线 性 集 成霍 尔 器 件 输 出 特 性 v 1 霍 尔 线 性 集 成 器 件v 霍 尔 线 性 集 成 器 件 的 输 出 电 压 与 外 加 磁 场 强 度在 一 定 范 围 内 呈 线 性 关 系 ， 它 有 单 端 输 出 和 双 端输 出 (差 动 输 出 )两 种 电 路 。 其 内 部 结 构 如 图 所 示 。霍 尔 线 性 集 成 器 件 (a)单 端 输 出 (UG N3501T)； (b)差 动 输 出 (UG N3501M) v UGN3501T的 电 源 电 压 与 相 对 灵 敏 度 的 特 性 如图 所 示 ， 由 图 可 知 Ucc高 时 ， 输 出 灵 敏 度 高 。UGN3501T的 温 度 与 相 对 灵 敏 度 的 特 性 如 图 所 示 ，随 着 温 度 的 升 高 ， 其 灵 敏 度 下 降 。 因 此 ， 若 要 提高 测 量 精 度 ， 需 在 电 路 中 增 加 温 度 补 偿 环 节 。 Ucc与 相 对 灵 敏 度 关 系 温 度 与 相 对 灵 敏 度 关 系 v UGN3501T的 磁 场 强 度 与 输 出 电 压 特 性 如 图 所示 ， 由 图 可 见 ， 在 0.15T磁 场 强 度 范 围 内 ， 有 较好 的 线 性 度 ， 超 出 此 范 围 时 呈 饱 和 状 态 。UGN3501的 空 气 间 隙 与 输 出 电 压 特 性 如 图 所 示 ，由 图 可 见 ， 输 出 电 压 与 空 气 间 隙 并 不 是 线 性 关 系 。 磁 场 强 度 与 输 出 电 压 关 系 空 气 间 隙 与 输 出 电 压 关 系 UG N3501M为 差 动 输 出 ， 输 出 与 磁 场 强 度 成 线 性 。 UG N3501M的 1、8两 脚 输 出 与 磁 场 的 方 向 有 关 ， 当 磁 场 的 方 向 相 反 时 ， 其 输 出 的 极 性 也相 反 ， 如 图 所 示 。 UG N3501M的 输 出 与 磁 场 方 向 关 系 v UGN3501M的 5、 6、 7脚 接 一 调 整 电 位 器 时 ，可 以 补 偿 不 等 位 电 势 ， 并 且 可 改 善 线 性 ， 但 灵 敏度 有 所 下 降 。 若 允 许 一 定 的 不 等 位 电 势 输 出 ， 则可 不 接 电 位 器 。 输 出 特 性 如 图 所 示 。 UG N3501M输 出 与 磁 场 强 度 关 系 图 v 若 以 UGN3501M的 中 心 为 原 点 ， 磁 钢 与UGN3501M的 顶 面 之 间 距 离 为 D， 则 其 移 动 的 距离 与 输 出 的 差 动 电 压 如 图 所 示 ， 由 图 可 以 看 出 ，在 空 气 间 隙 为 零 时 ， 每 移 动 0.01英 寸 (0.254mm)输 出 为 3mV， 即 相 当 11.8mV/mm， 当 采 用 高 能 磁 钢 (如 钐 钴 磁 钢 或 钕 铁 硼 磁 钢 )， 每 移 动 1mm时 ， 能 输 出 30mV， 并 且 在 一 定 距 离 内 呈 线 性 。 移 动 距 离 与 输 出 关 系 v 2 霍 尔 开 关 集 成 器 件v 常 用 的 霍 尔 开 关 集 成 器 件 有 UGN3000系 列 ，其 外 形 与 UGN3501T相 同 。 +霍 尔 开 关 集 成 器 件(a) 内 部 结 构 框 图 ； （ b） 工 作 特 性 ； （ c） 工 作 电 路 ； （ d） 锁 定 型 器 件 工 作 特 性 第 三 节 霍 尔 传 感 器 应 用 v霍 尔 电 势 是 关 于 I、 B、 三 个 变 量 的 函 数 ， 即E=kIBcos ， 人 们 利 用 这 个 关 系 可 以 使 其 中 两 个 变 量不 变 ， 将 第 三 个 量 作 为 变 量 ， 或 者 固 定 其 中 一 个 量 、其 余 两 个 量 都 作 为 变 量 。 三 个 变 量 的 多 种 组 合 使 得 霍尔 传 感 器 具 有 非 常 广 阔 的 应 用 领 域 。 霍 尔 传 感 器 由 于结 构 简 单 、 尺 寸 小 、 无 触 点 、 动 态 特 性 好 、 寿 命 长 等特 点 ， 因 而 得 到 了 广 泛 应 用 。 如 磁 感 应 强 度 、 电 流 、电 功 率 等 参 数 的 检 测 都 可 以 选 用 霍 尔 器 件 。 它 特 别 适合 于 大 电 流 、 微 小 气 隙 中 的 磁 感 应 强 度 、 高 梯 度 磁 场参 数 的 测 量 。 此 外 ， 也 可 用 于 位 移 、 加 速 度 、 转 速 等参 数 的 测 量 以 及 自 动 控 制 。 归 纳 起 来 ， 霍 尔 传 感 器 主要 有 下 列 三 个 方 面 的 用 途 ： v 维 持 I、 不 变 ， 则 E=f(B)， 在 这 方 面 的 应 用有 ： 测 量 磁 场 强 度 的 高 斯 计 、 测 量 转 速 的 霍 尔转 速 表 、 磁 性 产 品 计 数 器 、 霍 尔 式 角 编 码 器 以及 基 于 微 小 位 移 测 量 原 理 的 霍 尔 式 加 速 度 计 、微 压 力 计 等 ；v 维 持 I、 B不 变 ， 则 E=f( )， 在 这 方 面 的 应 用有 角 位 移 测 量 仪 等 ；v 维 持 不 变 ， 则 E=f(IB)， 即 传 感 器 的 输 出 E与 IB的 乘 积 成 正 比 ， 在 这 方 面 的 应 用 有 模 拟 乘法 器 、 霍 尔 式 功 率 计 等 。 电 流 的 测 量 霍 尔 传 感 器 广 泛 用 于 测 量 电 流 ， 从 而 可 以 制 成 电 流过 载 检 测 器 或 过 载 保 护 装 置 ； 在 电 机 控 制 驱 动 中 ， 作为 电 流 反 馈 元 件 ， 构 成 电 流 反 馈 回 路 ； 构 成 电 流 表 。 UGN3501M霍 尔 电 流 传 感 器 原 理 如 图 所 示 。 v上 图 给 出 了 霍 尔 元 件 用 于 测 量 电 流 时 的 工 作 原理 图 。 标 准 圆 环 铁 心 有 一 个 缺 口 ， 用 于 安 装 霍尔 元 件 ， 圆 环 上 绕 有 线 圈 ， 当 检 测 电 流 通 过 线圈 时 产 生 磁 场 ， 则 霍 尔 传 感 器 就 有 信 号 输 出 。若 采 用 传 感 器 为 UGN3501M， 当 线 圈 为 9 匝 ，电 流 为 20A时 ， 其 电 压 输 出 约 为 7.4V。 利 用 这种 原 理 ， 也 可 制 成 电 流 过 载 检 测 器 或 过 载 保 护装 置 。 位 移 测 量 v如 图 （ a)所 示 。 在 磁 场 强 度 相 同 而 极 性 相 反 的 两 个 磁铁 气 隙 中 放 置 一 个 霍 尔 元 件 。 当 元 件 的 控 制 电 流 I恒 定不 变 时 ， 霍 尔 电 势 与 磁 感 应 强 度 B成 正 比 。 若 磁 场 在一 定 范 围 内 沿 x方 向 的 变 化 梯 度 为 一 常 数 如 图 （ b）所 示 。 则 当 霍 尔 元 件 沿 x方 向 移 动 时 ， 的 变 化 为 : 式 中 K为 位 移 传 感 器 输 出 灵 敏 度 。v将 上 式 积 分 后 得 : HV HV v上 式 说 明 ， 霍 尔 电 势 VH 与 位 移 量 成 线 性 关 系 ，其 极 性 反 映 了 元 件 位 移 的 方 向 。 磁 场 梯 度 越 大 ，灵 敏 度 越 高 ； 磁 场 梯 度 越 均 匀 ， 输 出 线 型 度 越好 。 当 时 ， 即 元 件 位 于 磁 场 中 间 位 置 上 时 ，VH=0， 这 是 由 于 元 件 在 此 位 置 受 到 大 小 相 等 、方 向 相 反 的 磁 通 作 用 的 结 果 。 一 般 可 用 来 测 量12mm 的 小 位 移 ， 其 特 点 是 ： 惯 性 小 ， 响 应速 度 快 ， 无 接 触 测 量 。 利 用 这 一 原 理 还 可 以 测量 其 他 非 电 量 ， 如 力 、 压 力 、 压 差 、 液 位 和 加速 度 等 。 霍 尔 电 势 UH与 磁 感 应 强 度 B关 系 曲 线 v霍 尔 功 率 传 感 器v 利 用 UH =KHIB关 系 ， 如 果 I和 B是 两 个 独 立 变量 ， 霍 尔 器 件 就 是 一 个 简 单 实 用 的 模 拟 乘 法 器 ；如 果 I和 B分 别 与 某 一 负 载 两 端 的 电 压 和 通 过 的电 流 有 关 ， 则 霍 尔 器 件 便 可 用 于 负 载 功 率 测 量 。下 图 是 霍 尔 功 率 传 感 器 原 理 图 。 霍 尔 器 件 测 电 功 率 v 负 载 ZL所 取 电 流 i流 过 铁 芯 线 圈 以 产 生 交 变 磁感 强 度 B， 电 源 电 压 U经 过 降 压 电 阻 R得 到 的 交流 电 流 ic流 过 霍 尔 器 件 ， 则 霍 尔 器 件 输 出 电 压 UH便 与 电 功 率 p成 正 比 ， 即则 霍 尔 电 压 uH 平 均 值 为 若 将 图 9-26中 的 电 阻 R改 用 电 容 C代 替 ， 使 i c移 相 90， 则可 测 无 功 功 率 Q， 即 v 霍 尔 元 件 还 可 以 完 成 乘 方 和 开 方 功 能 。v 乘 方 运 算 极 为 简 单 ， 只 需 将 电 流 端 子 和 电 磁铁 的 线 圈 串 联 起 来 ， 使 输 入 电 流 Ii既 形 成 磁 感 应强 度 B， 又 给 元 件 提 供 控 制 电 流 Ii， 结 果 必 然 得到 UH Ii2的 关 系 ， 见 图 所 示 。 霍 尔 元 件 平 方 器 v 霍 尔 元 件 开 方 器 是 利 用 平 方 负 反 馈 原 理 实 现的 。 在 图 (a)中 ， 设 放 大 器 的 放 大 倍 数 足 够 大 ， 则可 认 为 放 大 器 的 输 入 信 号 0， 于 是 整 个 电 路 的输 入 电 压 Ui和 负 反 馈 电 压 UH几 乎 相 等 ， 即 Ui UH 。 若 负 反 馈 方 框 是 用 和 前 图 一 样 的 霍 尔 平 方器 构 成 的 ， 即 如 图 (b)所 示 ， 则 输 出 电 流 Io必 然 正比 于 Ui的 平 方 根 ， 即 故 得 霍 尔 元 件 开 方 器 v霍 尔 开 关 电 子 点 火 器v 图 为 霍 尔 开 关 电 子 点 火 器 分 电 盘 及 电 路 原 理 图 。在 分 电 盘 上 装 几 个 磁 钢 (磁 钢 数 与 汽 缸 数 相 对 应 )，在 盘 上 装 一 霍 尔 开 关 器 件 ， 每 当 磁 钢 转 到 霍 尔 器件 时 ， 输 出 一 个 脉 冲 ， 经 放 大 升 压 后 送 人 点 火 线圈 。 霍 尔 开 关 电 子 点 火 器 霍 尔 式 微 压 力 传 感 器 v 霍 尔 式 微 压 力 传 感 器 的 原 理 如 图 所 示 。 被 测 压 力 使 弹 性 波 纹 膜 盒膨 胀 ， 带 动 杠 杆 向 上 移 动 ， 从 而 ， 使 霍 尔 器 件 在 磁 路 系 统 中 运 动 ，改 变 了 霍 尔 器 件 感 受 的 磁 场 大 小 及 方 向 ， 引 起 霍 尔 电 势 的 大 小 和极 性 的 改 变 。 由 于 波 纹 膜 盒 及 霍 尔 器 件 的 灵 敏 度 很 高 ， 所 以 可 用 于 测 量 微 小 压 力 的 变 化 。 霍 尔 转 速 表 v 上 图 是 霍 尔 转 速 表 示 意 图 。 在 被 测 转 速 的 转 轴 上 安 装 一 个 齿 盘 ，也 可 选 取 机 械 系 统 中 的 一 个 齿 轮 ， 将 线 性 形 霍 尔 器 件 及 磁 路 系 统靠 近 齿 盘 ， 随 着 齿 盘 的 转 动 ， 磁 路 的 磁 阻 也 周 期 性 地 变 化 ， 测 量霍 尔 元 件 输 出 的 脉 冲 频 率 经 隔 直 、 放 大 、 整 形 后 就 可 以 确 定 被 测 物 的 转 速 。