霍尔元件的结构及工作原理.pptVIP

第一节 霍尔元件的结构及工作原理 霍尔效应 : 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场 中，磁场方向垂直于薄片，当有电流 I 流过薄片时， 在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 E H ， 导 电薄膜越薄，灵敏度就越高 。 影响霍尔电动势的因数 流入激励电流端（ a 、 b ）的电流 I ab 越大，电子 和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。 ? 作用在薄片上的磁感应强度 B 越强，电子受到的 洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高 。 ? 薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素 对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的 厚度为 δ ，霍尔元件中的电子浓度为 n ，电子的电 荷量为 e ，则霍尔电动势 E H 可用下式表示： ? IB E H ? ne ? 霍尔电动势与灵敏度 IB E H ? ne ? 式中的 n 、 e 、 δ 在薄片的尺寸、材料确定 后均为常数，可令 K H =1/( ne δ ) ，则上式可简 化为： E H = K H IB 式中： K H —— 霍尔元件的灵敏度。 由于金属材料中的电子浓度 n 很大，所以 灵敏度 K H 非常小。而 半导体材料中的电子 浓度较小，所以灵敏度比较高 。 霍尔元件的工作原理分析 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁 场方向垂直于薄片，当有电流 I 流过薄片时，在垂 直于电流和磁场的方向上将产生电动势 E H ，这种 现象称为 霍尔效应 。 d a c b 磁感应强度 B 为零时的情况 磁感应强度 B 较大时的情况 作用在半导体薄片上的磁场强度 B 越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势 E H 可用下式表示： E H = K H IB d a c b 霍尔效应演示 a a d d c c b b 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的 作用，向内侧（ d 侧）偏移，在半导体薄片 c 、 d 方 向的端面之间建立起霍尔电势。 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 若磁感应强度 B 不垂直于霍尔元件，而是与其 法线成 某一角度 ? 时，实际上作用于霍尔元件上的 有效磁感应 强度 是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即 B cos ? ，这时的霍尔电动势为 E H = K H IB cos ? 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示 d a a b c 结论： 霍尔电势与输入电流 I 、磁感应强度 B 成正比。 当 B 的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。 如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率 的交变电势 。 霍尔元件的主要外特性参数 最大磁感应强度 B M 调零后的 B / T 线性区 上图所示霍尔元件的线性范围是 负的多少高斯 至正的多少高斯 ？（ 1T ＝ 10 4 Gs ） 霍尔元件的主要外特性参数（续） 最大激励电流 I M : 由于霍尔电势随激励电流增大而增大，故在 应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电 流增大，霍尔元件的 功耗增大 ， 元件的温度升 高 ，从而 引起霍尔电势的温漂增大 ，因此每种 型号的元件均规定了相应的 最大激励电流 ，它 的数值从几毫安至十几毫安。 以下哪一个 激励电流的数值较为妥当 ？ 8 μ A 0.8mA 8mA 80mA 霍尔元件的等效电路 在 a 、 b 、 c 、 d 四个端点之间 , 等效于一个四臂电桥