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当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时,在其两端将产生电位差,这一现象被称为。
霍尔效应产生的电动势被称为。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。
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在洛仑兹力的作用下,电子向d侧偏转,使该侧形成负电荷的积累,c侧则形成正电荷的积累。这样,c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场,称为霍尔电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反,即阻止电荷的继续积累。当电场力()与洛仑兹力大小相等时,达到动态平衡。这时有
霍尔效应与霍尔元件
所以霍尔电场的强度为
(7-2)
在c与d两侧面间建立的电动势差称为霍尔电势,用表示
当材料中的电子浓度为n时
(7-3)
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设---霍尔系数,得
设---霍尔灵敏度,则
(7-5)
反映材料霍尔效应的强弱,是由材料性质所决定的一个常数大小
霍尔灵敏度,它表示霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电势的大小
(7-7)
霍尔片的厚度
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霍耳电势与材料的关系
通过以上分析,可以看出
⑴霍耳电压UH大小与材料的性质有关。一般来说,金属材料n较大,导致RH和KH变小,故不宜做霍耳元件。霍耳元件一般采用N型半导体材料。RH=1/nq
⑵霍耳电压UH与元件的尺寸关系很大,生产元件时要考虑到以下几点:
1)根据式,H愈小,KH愈大,霍耳灵敏度愈高,所以霍耳元件的厚度都比较薄。但H太小,会使元件的输入、输出电阻增加,因此,也不宜太薄。
2)元件的长宽比对UH也有影响。L/W加大时,控制电极对霍耳电压影响减小。但如果L/W过大,载流子在偏转过程中的损失将加大,使UH下降,通常要对式(7-7)加以形状效应修正:(7-7)
式(7-7)中,为形状效应系数,其修正值如下表所示。通常取
L/W







f(L/W)







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霍耳电势与材料的关系
3)霍耳电压UH与控制电流及磁场强度有关。根据式
UH正比于I及B。当控制电流恒定时,B愈大,UH愈大。当磁场改变方向时,UH也改变方向。同样,当霍耳灵敏度KH及磁感应强度B恒定时,增加控制I,也可以提高霍耳电压的输出。但电流不宜过大,否则,会烧坏霍耳元件。
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霍尔元件是一种四端型器件,如图7-2所示,它由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,尺寸一般为4mm×2mm×。通常为红色的两个引线A、B为控制电流,C、D两个绿色引线为霍尔电势输出线。
图7-2霍尔元件
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霍尔元件基本结构
霍尔片、引线和壳体组成。
霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片,四个引线。
控制(激励)电极:两根->加激励电压或电流,
霍尔电极:两根->霍尔输出引线。
封装:壳体->导磁金属、陶瓷或环氧树脂
电路符号
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霍耳元件符号及代号
国产器件常用H代表霍耳元件,后面的字母代表元件的材料,数字代表产品的序号。如HZ-1元件,说明是用锗材料制成的霍耳元件;
HT-1元件,说明是用锑化铟(InSb)材料制成的元件。
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霍尔元件基本特性
线性特性与开关特性
负载特性
温度特性
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