线性霍尔器件

定义与分类

霍尔元件按输出量性质分为线性霍尔器件和开关霍尔器件：线性霍尔输出模拟量，其输出电压UH与激励电流I、磁感应强度B成线性关系；开关霍尔输出数字量，其输出在特定区域随B增加迅速变化。磁通计等测量磁场大小的场合多采用线性霍尔元件。

工作原理与基本关系

置于磁场中的霍尔元件，当控制（激励）电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上产生霍尔电压UH，基本关系为

式中UH为霍尔电压（V），I为控制电流（A），B为磁感应强度（T或Wb/m²），KH为霍尔灵敏度（V·m²/(Wb·A)或V/(A·T)），由元件材料与几何尺寸决定。

UH-I特性（固定B、T）

在磁感应强度B和环境温度T恒定的条件下，UH与控制电流I成正比，即UH-I曲线为过原点的直线。该直线的斜率定义为控制电流灵敏度KI：

KI的单位为V/A或mV/mA。由该式可见，KH越大，KI越大；但KH大的元件其霍尔输出UH并不一定大，因为UH还取决于所加I和B的大小。不同型号元件在相同B下UH-I直线的斜率不同，斜率越大表示该条件下控制电流灵敏度越高。

UH-B特性（固定I）

当控制电流I一定时，UH随B增加并不完全呈线性关系：在B较小时曲线近似为直线，随B增大曲线逐渐向下弯曲，线性度下降。因此线性霍尔元件只有在限定的B范围内（课件给出0.5 Wb/m²以下线性度较好）才可近似按UH=KHIB处理，超出该范围后输出偏离线性，不能直接用线性关系换算B。

负载特性

上述UH=KHIB描述的是霍尔电极间开路（测量仪表阻抗无穷大）时的电压。当霍尔电极间接入负载时，负载电流在元件内阻上产生压降，实际输出电压比理论值略小，这就是负载特性。因此线性放大电路中的负载电阻RL会影响输出，测量时应按实际负载条件评估。

基本测量电路

线性霍尔的基本测量电路由霍尔元件、稳压电源和运算放大器组成：稳压环节为霍尔元件提供稳定的激励条件，运放对霍尔输出进行线性放大，输出端记为Uo。输出特性曲线在固定UCC、T、RL条件下给出，Uo随B变化的趋势受上述线性范围的限制。

集成封装与选型

集成式霍尔传感器将霍尔元件与测量电路封装在一起，比分体元件集成度高、体积小、使用方便。其基本类型仍分为开关型（输出数字量）和线性型（输出模拟量）。三引脚集成器件的典型引脚定义为：引脚1为VCC（电源），引脚2为GND（地），引脚3为OUT（输出）。选择具体型号时需综合考虑封装形式、量程、功耗、灵敏度及工作电压等因素。

误差与补偿（与线性输出的关系）

线性霍尔的主要零位误差是不等位电动势Uo，由霍尔电极安装不对称、材料电阻率或几何尺寸不均匀、激励电极接触不良等引起，其大小用不等位电阻ro=Uo/I表示。不等位电动势与霍尔电动势数量级相当，会叠加在线性输出上造成零点偏移。补偿方法是将霍尔元件等效为四臂电桥，在阻值较大的桥臂上并联电阻（不对称补偿，较简单），或在两个桥臂上同时并联电阻（对称补偿，温度稳定性较好）。此外温度会影响霍尔系数和电阻率，进而影响霍尔电压、灵敏度及输入输出阻抗，构成温度误差。

教材中的片厚、建立时间、最高频率、0.5 T线性区及HZ系列温度曲线是材料或历史器件的示例；实际器件的带宽、线性区、偏置和工作温度应由型号与测试条件确定，不能将单个数值用于所有霍尔器件。