5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3.2霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)方向垂直于薄片），當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)設(shè)圖中的材料是Ｎ型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子將受到一個(gè)沿x軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力。它的大小為：

FB=evB設(shè)圖中的材料是Ｎ型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁

電荷的聚積必將產(chǎn)生靜電場(chǎng)，即為霍爾電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)對(duì)電子的作用力為FE與洛侖茲力方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，其大小為式中EH為霍爾電場(chǎng)，e為電子電量，UH為霍爾電勢(shì)。當(dāng)FB=FE時(shí)，電子的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即所以：電荷的聚積必將產(chǎn)生靜電場(chǎng)，即為霍爾電場(chǎng)

設(shè)流過(guò)霍爾元件的電流為I時(shí)所以：所以：

導(dǎo)體的電流密度為：設(shè)流過(guò)霍爾元件的電流為I時(shí)所以：

若磁場(chǎng)B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾元件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bcosθ，因此

UH=KHIBcosθ若磁場(chǎng)B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾——霍爾系數(shù)由材料的物理性質(zhì)決定，反映霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。由于金屬導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度大于半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度，所以，半導(dǎo)體霍爾系數(shù)大于導(dǎo)體。——霍爾系數(shù)

——靈敏度單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)。它不僅與霍爾系數(shù)有關(guān)，還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)。一般要求霍爾元件靈敏度越高越好，由霍爾元件靈敏度的公式可知，霍爾元件的靈敏度與厚度成反比?！`敏度通過(guò)以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)

n愈大，UH愈小，

n愈小，UH愈大，但n太小，需施加極高的電壓才能產(chǎn)生很小的電流。因此霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料2）霍爾電壓UH與元件的尺寸有關(guān)。

d

愈小，UH

愈大，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會(huì)使元件的輸入、輸出電阻增加。通過(guò)以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)2）霍爾電3）P型半導(dǎo)體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應(yīng)，但極性和N型半導(dǎo)體的相反。4）霍爾電壓UH與磁場(chǎng)B和電流I成正比，如果其中一個(gè)為常數(shù)，另一個(gè)為待測(cè)量，只要測(cè)出UH，就可求出待測(cè)量。3）P型半導(dǎo)體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應(yīng)，但極性和5.3.2霍爾元件基本結(jié)構(gòu)霍爾元件由霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片,引出四個(gè)引線。1、1′引線稱為激勵(lì)電極；2、2′引線稱為霍爾電極。在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示，如圖(c)所示。(a)外形(b)霍爾片(c)符號(hào)5.3.2霍爾元件基本結(jié)構(gòu)(a)外形(b)霍爾片(c)符號(hào)國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法：國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法常見(jiàn)的國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)有HZ-1、HZ-2、HZ-3、HT-1、HS-1等國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法：國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法常見(jiàn)的

5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路

霍爾元件的基本測(cè)量電路如圖所示。激勵(lì)電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)?；魻栐敵鼋迂?fù)載電阻RL，RL可以是放大器的輸入電阻或測(cè)量?jī)x表的內(nèi)阻?；緶y(cè)量電路

5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路基本測(cè)量電路5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用

1.測(cè)量磁場(chǎng)和電流特斯拉計(jì)霍爾式鉗形電流表

5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用1.測(cè)量磁場(chǎng)和電流

2.測(cè)量位移霍爾式位移傳感器的工作原理如圖所示。磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的磁鐵,極性相反地放置,霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電也等于零。

若霍爾元件在x軸方向移動(dòng),霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變，在其工作范圍內(nèi)，B＝KBx，其中斜率KB為常數(shù)；這時(shí)UH不為零,UH的大小反映出霍爾元件的位移。若霍爾元件在x軸方向移動(dòng),霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度3.測(cè)量轉(zhuǎn)速幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器如圖所示。小磁鐵固定在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連,當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng),小磁鐵通過(guò)霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖,檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。3.測(cè)量轉(zhuǎn)速幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器如圖所示。第5章霍爾傳感器2課件5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3.2霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理5.3霍爾傳感器5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)方向垂直于薄片），當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。5.3.1霍爾傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)設(shè)圖中的材料是Ｎ型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子將受到一個(gè)沿x軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力。它的大小為：

FB=evB設(shè)圖中的材料是Ｎ型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁

電荷的聚積必將產(chǎn)生靜電場(chǎng)，即為霍爾電場(chǎng)，該靜電場(chǎng)對(duì)電子的作用力為FE與洛侖茲力方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，其大小為式中EH為霍爾電場(chǎng)，e為電子電量，UH為霍爾電勢(shì)。當(dāng)FB=FE時(shí)，電子的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即所以：電荷的聚積必將產(chǎn)生靜電場(chǎng)，即為霍爾電場(chǎng)

設(shè)流過(guò)霍爾元件的電流為I時(shí)所以：所以：

導(dǎo)體的電流密度為：設(shè)流過(guò)霍爾元件的電流為I時(shí)所以：

若磁場(chǎng)B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾元件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bcosθ，因此

UH=KHIBcosθ若磁場(chǎng)B和霍爾元件平面的法線成一角度θ，則作用于霍爾——霍爾系數(shù)由材料的物理性質(zhì)決定，反映霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。由于金屬導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度大于半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度，所以，半導(dǎo)體霍爾系數(shù)大于導(dǎo)體?！魻栂禂?shù)

——靈敏度單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)。它不僅與霍爾系數(shù)有關(guān)，還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)。一般要求霍爾元件靈敏度越高越好，由霍爾元件靈敏度的公式可知，霍爾元件的靈敏度與厚度成反比。——靈敏度通過(guò)以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)

n愈大，UH愈小，

n愈小，UH愈大，但n太小，需施加極高的電壓才能產(chǎn)生很小的電流。因此霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料2）霍爾電壓UH與元件的尺寸有關(guān)。

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愈小，UH

愈大，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會(huì)使元件的輸入、輸出電阻增加。通過(guò)以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)2）霍爾電3）P型半導(dǎo)體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應(yīng)，但極性和N型半導(dǎo)體的相反。4）霍爾電壓UH與磁場(chǎng)B和電流I成正比，如果其中一個(gè)為常數(shù)，另一個(gè)為待測(cè)量，只要測(cè)出UH，就可求出待測(cè)量。3）P型半導(dǎo)體，其多數(shù)載流子是空穴，也存在霍爾效應(yīng)，但極性和5.3.2霍爾元件基本結(jié)構(gòu)霍爾元件由霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片,引出四個(gè)引線。1、1′引線稱為激勵(lì)電極；2、2′引線稱為霍爾電極。在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示，如圖(c)所示。(a)外形(b)霍爾片(c)符號(hào)5.3.2霍爾元件基本結(jié)構(gòu)(a)外形(b)霍爾片(c)符號(hào)國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法：國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法常見(jiàn)的國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)有HZ-1、HZ-2、HZ-3、HT-1、HS-1等國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法：國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)的命名方法常見(jiàn)的

5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路

霍爾元件的基本測(cè)量電路如圖所示。激勵(lì)電流由電壓源E供給，其大小由可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)?；魻栐敵鼋迂?fù)載電阻RL，RL可以是放大器的輸入電阻或測(cè)量?jī)x表的內(nèi)阻?；緶y(cè)量電路

5.3.3霍爾元件的基本測(cè)量電路基本測(cè)量電路5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用

1.測(cè)量磁場(chǎng)和電流特斯拉計(jì)霍爾式鉗形電流表

5.3.4霍爾傳感器的應(yīng)用1.測(cè)量磁場(chǎng)和電流

2.測(cè)量位移霍爾式位移傳感器的工作原理如圖所示。磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的磁鐵,極性相反地放置,霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電也等于零。

若霍爾元件在x軸方向移動(dòng),霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變，在其工作范圍內(nèi)，B＝KBx，其中斜率KB