霍尔传感器结构及工作原理.doc

霍尔传感器结构及工作原理默认分类 2009-04-07 07:49 阅读204评论0 字号： 大大 中中 小小 霍尔传感器结构及工作原理一、工作原理 .若在如图所示的金属或半导体薄片两端通以控制电流 I，在与薄片方向上施加磁感应强度为 B 的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势 ，的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。 霍尔电势 霍尔系数 ，.式中 为载流体的电阻率， 为载流子的迁移率，半导体材料（尤其是 N 型半导体）电阻率较大，载流子迁移率很高，因而可以获得很大的霍尔系数，适于制造霍尔传感器。 若磁场方向与元件平面成一角度 时，则作用在元件上的有效磁场是其法线方向的分量，即 ，则有 .当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出电势的方向也将改变，若电流和磁场同时改变方向时，霍尔电势方向不变。 霍尔电势的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B，. 灵敏度 表示在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电势的大小，一般要求越大越好，元件的厚度 越薄， 越大，所以霍尔元件的厚度都很薄。.当载流材料和几何尺寸确定后，霍尔电势的大小只和控制电流 I 和磁感应强度 B 有关，因此霍尔传感器可用来探测磁场和电流，由此可测量压力、振动等。 二、 结构及其特性分析 1 材料与结构、 利用霍尔效应原理工作的半导体器件称霍尔元件。材料的电阻率 和电子迁移率 越大，霍尔系数 越大，输出的 越大，为了提高霍尔灵敏度，要求材料的霍尔系数 尽可能的大。元件的厚度 越小， 越大 也越大，所以霍尔元件的厚度要小，但 太小会使元件的输入、输出电阻增加。 霍尔元件常用的半导体材料有 N 型硅（ Si ）、N型锗（Ge）、锑化铟（InSb ）、砷化铟（ InAs ）、砷化镓（ GaAs ）等。 .霍尔元件在电路中可用两种符号表示，如上图所示。 2 主要技术参数.灵敏度 ：指元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所得到的开路霍尔电压。 输入电阻 ：指元件的两控制极之间的等效电阻。 输出电阻 ：指两个霍尔电极之间的等效电阻。 不等位电势 ：在额定控制电流作用下，无外加磁场时，由于材料电阻率的不均匀，两个电极不在同一等位面上，霍尔元件的厚度不均匀等原因，在两霍尔电极之间的空载电势。要完全消除霍尔元件的不等位电势很困难，一般要求 。 不等位电阻：不等位电势与额定控制电流之比。 寄生直流电势 ：无外加磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在两霍尔 电极间产生的直流电势。是由电极与霍尔片之间的非完全欧姆接触而产生的整流效 应引起的。 感应零电势：无控制电流，霍尔元件在交流或脉动磁场中会有电势输出，这 个输出就是感应零电势，产生感应零电势的原因是由于霍尔电极引线布置不合理而造成的。3 电磁特性 霍尔元件的电磁特性包括控制电流（直流式交流）与输出之间的关系，霍尔输出与磁场（恒定或交变）之间的关系，元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系等特性。 特性 在磁场和环境温度一定时，霍尔输出电势 与控制电流 之间呈线性关系，如图 6-5 a 所示，直线的斜率称为控制电流灵敏度，用 表示 .6-11由式 6-11 和 6-9 可以得到 6-12 特性 当控制电流一定时，霍尔元件的开路输出随磁感应强度的增加并不是完全成线性关系，只有当磁感应强度 B小于 时， 的线性度才比较好， 特性 特性是指霍尔元件的输入（或输出）电阻与磁场