第五章霍尔式传感器 第五章翟尔传感器 第一节霍尔元件的工作原理 第二节霍尔元件的测量电路及应阻
第五章 霍尔式传感器 第五章 霍尔传感器 第一节 霍尔元件的工作原理 第二节 霍尔元件的测量电路及应用
第五章霍尔式传感器 第一节霍尔元件的工作原理 霍尔效应 D面 在一个半导体薄片相对两侧 面通过控制电流I,在薄片垂直方 A面/FH 向加以磁场B,则在半导体另两 B面 侧面会产生一个横向的电动势UH C面 这一现象称为翟尔效应 冲章目录
第五章 霍尔式传感器 第一节 霍尔元件的工作原理 一、霍尔效应 在一个半导体薄片相对两侧 面通过控制电流I，在薄片垂直方 向加以磁场B，则在半导体另两 侧面会产生一个横向的电动势UH， 这一现象称为霍尔效应。 I UH B FL l v C面 D面 A面 B面 d FH 本章目录
第五章霍尔式传感器 二、产生原因 直接原因:运动电荷受洛仑兹力作用的结果。 洛仑劾力:磁场对运动电荷的作用力。F q · B 电子受到的洛仑兹力:F=evB U 电场力:F=E heh 动态平衡:F=HnB、UB 霍尔电势:Un=vBl
第五章 霍尔式传感器 二、产生原因 直接原因：运动电荷受洛仑兹力作用的结果。 电子受到的洛仑兹力： 电场力： 动态平衡： 霍尔电势： FL = evB l U F eE e H H = H = FL = FH l U vB H = U vBl H = 洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力。 F q v B =
第五章霍尔式传感器 I=i·ld=ne…v·ld 自由的电流密度 I·B I·B fed或Un"pe.d N型半导体的电子浓度 P型半导体的空穴浓度 结论:1、在相同方向的电流和磁场作用下,可通过霍尔电 势U的方向来判断材料的类型(N型或P型)。 2、当控制电流的方向改变时,输出电势方向也随 之改变;对磁场也是如此;若电流与磁场同时改变 方向,霍尔电势极性不变
第五章 霍尔式传感器 I = j l d = n e v l d n e d I B UH = 或 p e d I B U H = 自由的电流密度 结论： 1、在相同方向的电流和磁场作用下，可通过霍尔电 势UH的方向来判断材料的类型（N型或P型）。 2、当控制电流的方向改变时，输出电势方向也随 之改变；对磁场也是如此；若电流与磁场同时改变 方向，霍尔电势极性不变。 N型半导体的电子浓度 P型半导体的空穴浓度
第五章霍尔式传感器 三、霍尔系数和灵敏度 1、翟尔系数RH r·BR,IB H n·e·d 电阻率:P=-= R H P· yne· n·e μ:载流子的迁移率 R可反映出霍尔效应的强弱,在相同的电流和磁场 B的作用下,对于同样尺寸的霍尔元件,材料的霍尔系数 R越大,得到的霍尔电势U就越大
第五章 霍尔式传感器 三、霍尔系数和灵敏度 1、霍尔系数RH d R IB n e d I B U H H = = = = n e 1 1 = = n e RH 1 RH可反映出霍尔效应的强弱，在相同的电流I和磁场 B的作用下，对于同样尺寸的霍尔元件，材料的霍尔系数 RH越大，得到的霍尔电势UH就越大。 电阻率： ：载流子的迁移率
第五章霍尔式传感器 2、霍尔灵敏度KH H IB 则:L Rd?d KuB H KH反比于元件的厚度d,降低厚度可提高灵敏度,但: (1)元件的强度。太薄,易受损。 (2)元件的阻抗。太薄时阻抗大,元件的功率消耗大, 会引起温度升高。 K可表示在单位电流,单位电场作用下,开路的霍尔 电势的输出值
第五章 霍尔式传感器 2、霍尔灵敏度KH d n e d R K H H = = 1 令： K IB d R IB U H H H = = KH反比于元件的厚度d，降低厚度可提高灵敏度，但： （1）元件的强度。太薄，易受损。 （2）元件的阻抗。太薄时阻抗大，元件的功率消耗大， 会引起温度升高。 KH可表示在单位电流，单位电场作用下，开路的霍尔 电势的输出值。 则：
第五章霍尔式传感器 四、霍尔元件 1、翟尔元件的材料及其结构 (1)霍尔元件的材料 半导体:锗、硅、砷化铟和锑化铟等 半导体具有较高的载流子移率和电阻率,能 昵显的电势。 金属迁移率很高,但电率很低 绝缘体具有较高的电的率,但迁移率很少 课本P117:表9-1半导体材料在300K的参数
第五章 霍尔式传感器 四、霍尔元件 1、霍尔元件的材料及其结构 （1）霍尔元件的材料 半导体：锗、硅、砷化铟和锑化铟等 半导体具有较高的载流子的迁移率和电阻率，能 获得明显的霍尔电势。 金属迁移率很高，但电阻率很低。 绝缘体具有较高的电阻率，但迁移率很小。 课本P117：表9-1 半导体材料在300K的参数
第五章霍尔式传感器 (2)霍尔元件的结构 块矩形的半导体薄片,外壳用非 A B 导磁的金属、陶瓷或环氧树脂封装。 D↓L按制电极(红色 霍尔电极(蓝色)(必须在中间焊出引线) H 外形 霍尔元件的符号
第五章 霍尔式传感器 （2）霍尔元件的结构 一块矩形的半导体薄片，外壳用非 导磁的金属、陶瓷或环氧树脂封装。 I I A B C D 控制电极（红色） 霍尔电极（蓝色）（必须在中间焊出引线） H 外形 霍尔元件的符号
第五章霍尔式传感器 2、尔元件的主要技术指标 (1)输入,输出电阻 输入电阻Ri:控制电极之间的电阻 输出电阻Rⅴ:霍尔电极之间的电阻 测量应在投有外磁场,室温条件下进行,电流不超过额定的控 制电流值。 (2)额定激励电流Ic 霍尔元件在空气中产生的温开为10C时所施加的控制电流值 为额定激励电流lc
第五章 霍尔式传感器 2、霍尔元件的主要技术指标 （1）输入，输出电阻 输入电阻Ri ：控制电极之间的电阻 输出电阻Rv：霍尔电极之间的电阻 （2）额定激励电流IC 测量应在没有外磁场，室温条件下进行，电流不超过额定的控 制电流值。 霍尔元件在空气中产生的温升为10 时所施加的控制电流值 为额定激励电流IC。 C
第五章霍尔式传感器 (3)不等位电势U与不等位电阻R 不等位电勢U:霍尔元件在控制电流为额定值Ic, 不加外磁场时霍尔电极间的空载电势。 不等位电阻R0:R0U/c (4)交流不等位电势UoA与寄生直流电势U 控制电流改用额定交跪电流
第五章 霍尔式传感器 （3）不等位电势U0与不等位电阻R0 （4）交流不等位电势UOA与寄生直流电势UOD 不等位电势U0 ：霍尔元件在控制电流为额定值IC， 不加外磁场时霍尔电极间的空载电势。 不等位电阻R0 ：R0=U0 /IC 控制电流改用额定交流电流