霍尔效应传感器变换原理.ppt

霍尔效应及霍尔元件
图7-8霍尔效应原理图

置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与
磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场
方向上的两个面之间产生电动势,这种现象称霍尔
效应。该电势称霍尔电势。
基本原理
任何带电质点在磁场中沿着和磁力线垂直
的方向运动,都要受到磁场力m的作用
(洛仑磁力),其值大小
Fm =eB v
电子电荷;潼
V——电荷运动平均速度;潼
B——磁场的磁感应强度
方向一左手定则
1)P型半导体
B
十+十十十++十
b
P型(空穴)
穴收力F的方向
上的,此时空穴除了沿电
流方向作定向运动外,还在F的作用下向上漂移,
结果使金属导电板上底面积累空穴,而下底面积
累负电荷,从而形成了附加内电场EH,称霍尔电
场,该电场强度为
EH= b
玮
式中UH为电位差,b为上、下
极板距离。霍尔电场的出现,使定向运动的电
除了受洛仑磁力作用外,还受到霍尔电场的作用
力,其大小为eEH,此力阻止电荷继续积累。随
底面积累电荷的增加,霍尔电场增加,电
受到的电场力也增加,当电子所受洛仑磁力
霍尔电场作用力大小相等、方向相反时,即
(霍尔电场力)eEH=eVB(洛仑磁力)
EH=V B
EH霍尔电场强度;∨——电荷运动平均
速度;B——磁场的磁感应强度珖瑞
3)N型半导体
在磁场和电流方向相同的情况下,所产
生的霍尔电势与P型相反。
实验证明,霍尔电势UH的大小和控制电
流i及磁感应强度B成正比。即:
UH=k iB sina
k一霍尔系数,取决于温度、材质和尺寸;α为
电流和磁场方向的夹角
改变i和B或两者都改变,霍尔电势
发生变化
霍尔元件基本结构
霍尔元件由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块
矩形半导体单晶薄片,引出四个引线。1、1两根引
线加激励电压或电流,称为激励电极;2、2"引线为霍
尔输出引线,称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁
金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件
可用两种符号表示,如图(b)所示
霍尔元件基本特性
1)额定激励电流和最大允许激励电流蕌
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。以元件允许最大温升为限制所欢
应的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势
随激励电流增加而增加,所以,使用中希望选用尽可
大的激励电流,因而需要知道元件的最大允许激励
电流,改善霍尔元件的散热条件,可以使激励电流增
加
2)输入电阻和输出电阻蕌
激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输
出电势对外电路来说相当于一个电压源,其电源内阻
即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且
环境温度在20℃±5℃时确定的。蕌
3)不等位电势
霍尔元件的激励电流为l时,若元件所
处位置磁感应强度为零,则它的霍尔电势应
该为零,但实际不为零。这时测得的空载霍
尔电势称不等位电势。产生的原因有:
①霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面
②半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几
何尺寸不均匀
③激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布。
不等位电势与霍尔电势具有相同的数量
级,有时甚至超过霍尔电势,而实用中要
除不等位电势是极其困难的,因而必须来用
在电路中补偿的方法。
4)霍尔电势温度系数蕌
在一定磁感应强度和激励电流
下,温度每变化1℃时,霍尔电势变
化的百分率称霍尔电势温度系数。
它同时也是霍尔系数的温度系数
必须在电路上对霍尔元件温度系
数进行补偿