检测与技术论文——霍尔传感器

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1、霍尔传感器的应用姓名：***班级：***级自动化**班一、概述1897年，美国物理学家霍尔（E.H.Hall）经过大量实验发现;如果让一恒定电流通过过一金属薄片，并将金属薄片置于强磁场中再金属薄片的两端将产生与磁场强度成正比的电动势。 霍尔传感器是利用半导体霍尔元件的霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。用它检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中应用。霍尔传感器基于霍尔元件的霍尔效应为工作原理，是由霍尔元件及其所附属的电路组成的集成传感器。由于霍尔元件对磁场敏感，且具有结构简单、频率响应宽（从直流到微波）动态范围大、寿命长、无接触等优点，因此在测量技术，自动化技

2、术和信息处理方面得到了广泛的应用。随着霍尔传感器的深入应用，关心它的人也越来越多，我将在这介绍霍尔传感器的原理及应用。二、霍尔传感器的基本原理2.1霍尔效应霍尔效应：在半导体薄片两端通一控制电流I,并在薄片的垂直方向视角磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向，将产生电势差为的霍尔电压。这种现象叫做霍尔效应。2.2霍尔传感器的工作原理及霍尔元件将半导体薄片放在磁场中,沿Z轴正方向。当流Is沿X轴方VFBEHZ（B）YXdbAA’IsFE向，薄片中的载流子定向移动，若载流子是电子（-q）则电子在磁场中受磁场力而向下移动，这样半导体薄片上、下底面积存有正负

3、荷，从而建立一电场。这样载流子又受到电场力的作用，方向向上。达到平衡时，如图2-1（为霍尔电场）2-1霍尔传感器工作原理即：上下底面的电位差（霍尔电位差）：（1）同样，若载流子是空穴（+q），则：若载流子浓度为n，试样厚度为d，则（2）（2）代入（1）中得，，其中：，称为霍耳灵敏度，对一定的霍耳元件是一个常数。它的大小与材料的性质以及元件的尺寸有关，它表示霍耳元件在单位磁感应强度和单位控制电流强度下的霍耳电压的大小。利用霍尔效应原理工作的半导体器件称霍尔元件。材料的电阻率和电子迁移率越大，霍尔系数越大，输出的越大，为了提高霍尔灵敏度，要求材料的霍尔系数尽可能的大。

4、元件的厚度越小，越大也越大，所以霍尔元件的厚度要小，但太小会使元件的输入、输出电阻增加。2.3霍尔传感器的结构、材料及主要技术参数霍尔元件常用的半导体材料有N型硅（Si）、N型锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）、砷化镓（GaAs）。元件材料的化学成分、结构、电极接点的大小等因素对霍尔电动势都有很大的影响。例如：锗材料元件的温度性能和线性度都比较好，但输出电动势较小；锑化铟的输出电动势较大，但易受温度影响，等等。元件的几何尺寸对传感器的灵敏度影响也很大。另外按理想元件的要求，控制电流端的电极应是良好的面接触，而霍尔电极是点接触。这就要求按照传感器的具

5、体用途来选取元件的材料，如当需要的输出电动势较大时，可选锑化铟，但它受温度影响较大；如果需要克服温度的影响，就选择砷化铟，或者选锗材料的霍尔元件。再如其灵敏度与厚度成反比，长与宽的比也是对输出电动势很有影响的参数，原则上说霍尔元件应越薄越好、长宽比越大越好。用锑化铟半导体制成的霍尔元件灵敏度最高，但受温度的影响较大。用锗半导体制成的霍尔元件，虽然灵敏度较低，但它的温度特性及线性度较好。目前使用锑化铟霍尔元件的场合较多。霍尔元件的外形如图所示，它是由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片（一般为），在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，称为控

6、制电流端引线，通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极（或称激励电流），要求焊接处接触电阻很小，并呈纯电阻，即欧姆接触（无PN结特性）。在薄片的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极，要求欧姆接触，且电极宽度与基片长度之比小于0.1，否则影响输出。霍尔元件的壳体上是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。霍尔元件的外形霍尔元件结构示意图霍尔元件符号霍尔传感器的主要参数有：①灵敏度：指元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所得到的开路霍尔电压。②输入电阻：指元件的两控制极之间的等效电阻。③输出电阻：指两个霍尔电极之间的

7、等效电阻。④不等位电势：在额定控制电流作用下，无外加磁场时，由于材料电阻率的不均匀，两个电极不在同一等位面上，霍尔元件的厚度不均匀等原因，在两霍尔电极之间的空载电势。要完全消除霍尔元件的不等位电势很困难，一般要求。⑤不等位电阻：不等位电势与额定控制电流之比。⑥最大激励电流Im  激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 ⑦最大磁感应强度Bm  磁感应强度超过Bm时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，Bm的数值一般小于零点几特斯拉⑧寄生直流电势：无外加磁

8、场时，交流