霍尔传感器的工作原理及应用.ppt
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1、,5.2 霍尔传感器,5.2.1 霍尔传感器工作原理 5.2.2 霍尔元件的结构和基本电路 5.2.3 霍尔元件的主要特性参数 5.2.4 霍尔元件误差及补偿 5.2.5 霍尔式传感器的应用,下一页,返 回,5.2.1 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,这种现象称霍尔效应。 产生的电动势称霍尔电势 半导体薄片称霍尔元件,上一页,下一页,返 回,霍尔效应原理,上一页,下一页,返 回,载流子受洛仑兹力,霍尔电场强度,平衡状态,电子运动平均速度,上一页,下一页,返 回,因为,霍尔电势,霍尔常数,霍尔常数
2、大小取决于导体的载流子密度: 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。,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,,上一页,下一页,返 回,5.2.2 霍尔元件的结构和基本电路,霍尔元件,上一页,下一页,返 回,图(a)中,从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上,引出一对电极,其中1-1电极用于加控制电流,称控制电极。另一对2-2电极用于引出霍尔电势,称霍尔电势输出极。在基片
3、外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 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。通常霍尔电极位于基片长度的中间,其宽度远小于基片的长度。 图(d)是基本测量电路 。,5.2.3 霍尔元件的主要特性参数,当磁场和环境温度一定时: 霍尔电势与控制电流I成正比 当控制电流和环境温度一定时: 霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比 当环境温度一定时: 输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比 测量以上电阻时,应在没有外磁场和室温变化的条件下进行。,上一页,下一页,返 回,霍尔元件的主要特性参数:,(1) 输入电阻和输出电阻 输入电阻:控制电极
4、间的电阻 输出电阻:霍尔电极之间的电阻 (2) 额定控制电流和最大允许控制电流 额定控制电流:当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10温升时,对应的控制电流值 最大允许控制电流:以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值,上一页,下一页,返 回,(3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro,不等位电势:当霍尔元件的控制电流为额定值时,若元件所处位置的磁感应强度为零,测得的空载霍尔电势。 不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的, r 0称不等位电阻,上一页,下一页,返 回,霍尔元件的主要特性参数,(4) 寄生直流电势 霍尔元件零位误差的一部分 当没有外加磁场,霍尔元件用交流控制电流时,霍尔
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