《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第9章霍尔传感器

9.1 霍尔传感器工作原理 9.2 霍尔元件的结构和基本电路 9.3 霍尔元件的主要特性参数 9.4 霍尔元件误差及补偿 9.5 霍尔式传感器的应用

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第9章霍尔传感器 9.1霍尔传感器工作原理 9.2霍尔元件的结构和基本电路 9.3霍尔元件的主要特性参数 9.4霍尔元件误差及补偿 9.5霍尔式传感器的应用返回下一页

第9章霍尔传感器 9.1 霍尔传感器工作原理 9.2 霍尔元件的结构和基本电路 9.3 霍尔元件的主要特性参数 9.4 霍尔元件误差及补偿 9.5 霍尔式传感器的应用返回下一页

9.1霍尔传感器工作原理基于霍尔效应。半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 1879年霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但是太弱没有得到应用。产生的电动势称为霍尔电动势。半导体薄片称为霍尔元件。返回上一页下一页

9.1 霍尔传感器工作原理半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 1879年霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但是太弱没有得到应用。产生的电动势称为霍尔电动势。半导体薄片称为霍尔元件。返回上一页下一页基于霍尔效应

霍尔效应原理金属或半导体薄片，两端通过虹，薄片垂直方向施加邮。在垂直于电流和磁场的方向将产生霍尔电动势U:. 电场两端的电压，就是霍尔电势。 IB UH RH UHr-霍尔电势。 R-霍尔常数。返回上一页下一页

霍尔效应原理 d IB UH RH =  返回上一页下一页电场两端的电压，就是霍尔电势。 UH-霍尔电势。 RH-霍尔常数。金属或半导体薄片，两端通过I，薄片垂直方向施加B。在垂直于电流和磁场的方向将产生霍尔电动势UH

载流子受洛仑兹力： F=eUB 霍尔电场强度： U EH三 b 平衡状态： eEn=evB EH =VB 因为： I=j.bd =-nev.bd 电子运动平均速度： V三 bdne 返回上一页下一页

F = eB b U E H H = eEH = evB，载流子受洛仑兹力: 霍尔电场强度: 平衡状态: EH = vB bdne I 电子运动平均速度: v = − 返回上一页下一页因为: I = j bd = −nev bd

IB UH=EH·b=Bb=- 1 IB RH ne d d 霍尔电势： IB d 霍尔常数： RH二- ne 霍尔常数大小取决于导体的载流子密度，其正负取决于载流子的正负性质。金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件

d IB UH RH 霍尔电势: =  d IB R d IB ne UH EH b vB b H =  =  = −  =  1 霍尔常数大小取决于导体的载流子密度，其正负取决于载流子的正负性质。金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔常数: ne RH 1 = −

Un-Rog 霍尔电势与导体厚度成反比。为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。 UH =KH BI RH 霍尔元件灵敏度（灵敏系数） d ned 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。返回上一页

霍尔电势与导体厚度d成反比。为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。 U K BI H = H d ned R K H H 1 = = 霍尔元件灵敏度(灵敏系数) 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件。返回上一页下一页 d IB UH RH = 

Uu=KuBI 说明： (1) U BI (2)K是霍尔元件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流是输出霍尔电压大小的一个重要参数，与元件的性质和几何尺寸有关。 (3)元件的厚度对灵敏度的影响也很大。 (4)当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的方向也将改变 (5)由于建立霍尔电势所需的时间极短（约为1012~1014s) ,因此霍尔元件的频率响应甚高（可达10H以上）

说明：（1）（2）KH是霍尔元件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强度和单位控制电流是输出霍尔电压大小的一个重要参数，与元件的性质和几何尺寸有关。（3）元件的厚度d对灵敏度的影响也很大。（4）当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的方向也将改变（5）由于建立霍尔电势所需的时间极短（约为10-12~10-14s），因此霍尔元件的频率响应甚高（可达109HZ以上）。 U K BI H = H U BI H 

霍尔元件的结构和基本电路 (©)霍尔电极位置 2 (a)外形结构示意图 (b)图形符号 (d基本测量电路 1-1'电极用于加控制电流，称控制电极。 2-2'电极用于引出霍尔电势，称嚯尔电势输出极。返回上一页下一页

霍尔元件的结构和基本电路返回上一页下一页 1-1’电极用于加控制电流，称控制电极。 2-2’电极用于引出霍尔电势，称霍尔电势输出极

(1)材料：一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶体材料制成。 (2)结构与组成：霍尔元件结构简单，它由霍尔片、引线和壳体三部分组成。 (3)符号与基本电路：上图别给出了霍尔元件的符号及基本电路。图(a)中，从两个相互垂直方向侧面上，引出两对电极，叫称控制电极和霍尔电势输出极。。图(b)是霍尔元件通用的图形符号。图(c)所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电势数值影响很大。图(d)是基本测量电路

⚫ 图（a）中，从两个相互垂直方向侧面上，引出两对电极，叫称控制电极和霍尔电势输出极。 ⚫ 图（b）是霍尔元件通用的图形符号。 ⚫ 图（c）所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电势数值影响很大。 ⚫ 图（d）是基本测量电路。（1）材料：一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导体单晶体材料制成。（2）结构与组成：霍尔元件结构简单，它由霍尔片、引线和壳体三部分组成。（3）符号与基本电路：上图别给出了霍尔元件的符号及基本电路

Un =Kn BI 9.2霍尔元件的电磁特性 Ua-特性，UB特性 1.UH-特性：B和环境T一定，UH∝1 直线的斜率称为控制电流灵敏度 HZ-1、2、3 K 60 B恒定 5 40 HZ-4 20 KI=KuB 10 2030 40 I(mA) 霍尔的灵敏度K越大，控制电流灵敏度K也就越大但灵敏度大的元件，其霍尔输出并不一定大

9.2 霍尔元件的电磁特性 UH -I特性， UH-B特性 1. UH -I特性： B和环境T一定， U I H  直线的斜率称为控制电流灵敏度 ( ) I B恒定 U I H K = KI = KH B U K BI H = H 霍尔的灵敏度KH越大，控制电流灵敏度KI也就越大。但灵敏度大的元件，其霍尔输出并不一定大

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