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霍尔传感器结构及工作原理 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 霍尔传感器构造及工作原理 默认分类 ??2021-04-07 07:49 ??阅读204???评论0 ? 字号： 大? 中? 小 霍尔传感器构造及工作原理 一、工作原理 ...假设在如下图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。 　　 假设磁场方向与元件平面成一角度 时，那么作用在元件上的有效磁场是其法线方向的分量，即 ，那么有 ...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，假设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、 构造及其特性分析 〔 1 〕材料与构造 、 　 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 .①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。 　②输入电阻 ：指元件的两控制极之间的等效电阻。 　③输出电阻 ：指两个霍尔电极之间的等效电阻。 　　④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 。 　　⑤不等位电阻：不等位电势与额定控制电流之比。 　　⑥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。 　　⑦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。 　　 ① 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 　　 ② 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， 的线性度才比拟好， 　　 ③ 特性 特性是指霍尔元件的输入〔或输出〕电阻与磁场之间的关系，霍尔元件的内阻随磁场的绝对值增加而增大，这种现象称磁阻效应。霍尔元件的磁阻效应使霍尔输出降低，尤其在强磁场时，输出降低较多，应想方法予以补偿