1、半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。,5.4 霍爾傳感器,霍爾效應(yīng)演示,當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。,c,d,a,b,霍爾電勢(shì)的推導(dǎo),基片寬度兩側(cè)建立的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)，它與霍爾電場(chǎng)強(qiáng)度EH的關(guān)系為： UH= EHb= Bvb (b為寬度) 設(shè)n是N型半導(dǎo)體載流子濃度，bd是與電流方向垂直的截面積，則流過基片電流: I=nqvbd vb=I/nqd 代入U(xiǎn)H= Bvb得：,結(jié)論：霍爾電勢(shì)與激勵(lì)電流I、磁感

2、應(yīng)強(qiáng)度B成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。,磁場(chǎng)不垂直于霍爾元件時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì),若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時(shí)，這時(shí)的霍爾電勢(shì)為: UH=KHIBcos,關(guān)于最大激勵(lì)電流IM :,根據(jù)UH=KHIB，霍爾電勢(shì)UH隨激勵(lì)電流I增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵(lì)電流。但激勵(lì)電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢(shì)的溫漂增大，甚至燒壞元件，因此每種型號(hào)的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵(lì)電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。,激勵(lì)電流常用 20mA,5.2.2、霍爾傳感器的組成

3、及基本特性 霍爾傳感器由霍爾元件、激勵(lì)電源、測(cè)量電路、磁路裝置組成。 (1)霍爾元件的構(gòu)造 由霍爾片、引線和殼體組成，霍爾片是型半導(dǎo)體矩型薄片。長邊引電壓輸出，短邊引控制電流。 常用N型鍺Ge ,銻化銦InSb,砷化銦InSb材料,霍爾元件的電路部分,激勵(lì)電流可以是 直流或交流。 激勵(lì)電流是直流電， 產(chǎn)生霍爾電勢(shì)是直流， 激勵(lì)電流是交流電， 產(chǎn)生霍爾電勢(shì)是交流。RP作用，調(diào)節(jié)激勵(lì)電流。,元件分線性應(yīng)用和開關(guān)應(yīng)用。,增加霍爾輸出電勢(shì)或功率的方法,霍爾傳感器應(yīng)用,一、利用UH與電流I的關(guān)系 當(dāng)磁場(chǎng)恒定時(shí)，在一定溫度下，霍爾電勢(shì)與控制電流I成很好的線性關(guān)系。利用此特性，可直接用于測(cè)量電流，也可用于測(cè)

4、量能轉(zhuǎn)換為電流的其它物理量。,優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行非接觸測(cè)量,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,頻率高,頻帶寬,動(dòng)態(tài)特性好,壽命長. 可測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度,功率,相位,電能，位移,轉(zhuǎn)速,壓力,加速度等。,如下圖所示安裝兩磁鋼，在中心位置的磁場(chǎng)具有均勻的梯度變化特性，有B=Cx。霍爾片沿x方向移動(dòng)時(shí)，霍爾電勢(shì)： UH=KHIB=KHICx=Kx,二、利用UH與的B關(guān)系，用于微位移、壓力、加速度、振動(dòng)等。 霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)原理 （P105 圖5-4-6）,鉗形電流表的工作原理（如有圖）： 待測(cè)電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為： B=KBIX 霍爾電勢(shì)為： U0=KHIB=KHIKBIX=KIX,因此，鉗形電流表在不斷開電路的情況下，可測(cè)量大電流，最大可測(cè)100KA以上的電流，而且還可以測(cè)量電子束、離子束等的電流。,三、利用UH與I、B關(guān)系,控制電流為I1，磁感應(yīng)強(qiáng)度B由勵(lì)磁電流I2產(chǎn)生，則UH=KI1I2，可以實(shí)現(xiàn)模擬乘法器等。 利用霍爾元件作為平均功率的測(cè)量。,應(yīng)用：轉(zhuǎn)速測(cè)量,導(dǎo)磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾