霍尔效应传感器变换原理PPT学习教案.pptx

会计学
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霍尔效应传感器变换原理
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fm 的作用（洛仑磁力），其值大小：
Fm =e B v
e——电子电荷; 
v——电荷运动平均速度; 
B——磁场的磁感应强度
方向—左手定则
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1）P型半导体
d
B
+ + + + + + + + + a i b

- - - - - - - - - - - - -
c
P 型 (空穴)
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空穴收力F的方向是向上的, 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= 

式中UH为电位差,b为上、下
极板距离。霍尔电场的出现, 使定向运动的电子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e EH，此力阻止电荷继续积累。 随着上、下底面积累电荷的增加, 霍尔电场增加, 电子受到的电场力也增加, 当电子所受洛仑磁力与霍尔电场作用力大小相等、 方向相反时, 即
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（霍尔电场力） e EH = e v B（洛仑磁力）
则
 EH= v B
EH——霍尔电场强度； v——电荷运动平均速度； B——磁场的磁感应强度
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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 i B sinα
k— 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。
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二、 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。
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三、 霍尔元件基本特性
1） 额定激励电流和最大允许激励电流
当霍尔元件自身温升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对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能大的激励电流, 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
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。 
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3） 不等位电势
当霍尔元件的激励电流为 I 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上; 
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