《霍尔传感器》课件

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1、第八章霍尔传感器www.pptcn.com霍尔型传感器是磁电转换的一种传感器。1879年霍尔在金属材料中发现的，已有一百多年的历史，由于霍尔效应在金属中非常微弱，只是在大学的教科书中作为一种理论而存在，并未付诸实际应用。直到100多年以后，大约到上世纪四十年代后期，半导体工艺的成熟，科学家利用半导体工艺重新试验霍尔效应，结果发现：半导体工艺（P或N型）都可以再现霍尔效应现象，并金属霍尔元件的公式半导体霍尔元件可得到同样的结论，而且N型半导体尤其明显。使霍尔效应得到广泛的应用。我国大约到上世纪七十年代开始研究霍尔元件，已能生产各种性能霍尔元件，例

2、如：普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁性和开关型等。www.pptcn.com第一节霍尔元件的工作原理及特性金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。如图所示。www.pptcn.com霍尔效应原理图www.pptcn.com霍尔效应所产生的电势称霍尔电势，大小与控制电流I和磁感应强度B的乘积成正比例。半导体薄片称霍尔片或者霍尔元件。www.pptcn.com在磁场B中运动的电子将受到Lorentz力fLfL=evB偏转,建立的霍尔电场

3、EH对随后的运动电子施加一电场力fEfE=eEH=eUH/b平衡时，fL=fE，即evB=eUH/b由于电流密度J=-nev(v为电子运动速度)，则电流强度为I=-nevbd所以式中，d—霍尔片度；n—电子浓度；RH=1/ne—霍尔系数；KH=RH/d=1/ned—霍尔灵敏度。www.pptcn.com从式evB=eUH/b知，霍尔电压UH与载流子的运动速度v有关，即与载流子的迁移率有关。由于=v/El(El为电流方向上的电场强度)，材料的电阻=1/ne，所以霍尔系数RH与载流体材料的电阻率和载流子的迁移率的关系为RH=金属导

4、体：大，但小（n大）；绝缘体：大（n小），但小；它们都不宜作霍尔元件(RH太小)。半导体：、适中—适宜作霍尔元件。www.pptcn.com霍尔电压UH还与元件的几何尺寸有关：KH=1/ned厚度d越小越好，一般d=0.01mm；宽度b加大，或长宽比（l/b）减小时，将会使UH下降，应加以修正式中，f(l/b)—形状效应系数，如表9-2所示。一般取l/b=2~2.5，则f(l/b)1，就足够了。www.pptcn.com霍尔元件示意图a)原理图；b)结构图；c)图形符号；d)外形图www.pptcn.com霍尔元件主要技术参数

5、1.输入电阻Ri和输出电阻RoRiRo，Ri、Ro=100~2000。2.额定控制电流Ic—使霍尔元件在空气中产生10C温升的控制电流Ic=(几~几十)mA。3.不等位电势U0和不等位电阻R0霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时其霍尔电极间的电势为不等位电势U0，主要是由于两电极不在同一等位面上以及材料电阻率不均匀等因素引起的，一般U010mV。等效为不等为电阻R0=U0/Ic。4.灵敏度KH在单位磁感强度下，通以单位控制电流时所产生的开路霍尔电压（mV/mA·T或mV/mA·kGs）。www.pptcn.com5.寄生直流电势U

6、oD在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔电极间产生的直流电势为寄生直流电势UoD。它主要是由于电极与霍尔片间的非完全欧姆接触所产生的整流效应造成的。6.霍尔电势温度系数为温度变化1C时，霍尔电势变化的百分率（%/C）。7.电阻温度系数为温度变化1C时，霍尔元件电阻变化的百分（%/C）8.灵敏度温度系数为温度变化1C时，霍尔元件灵敏度的变化率。9.线性度www.pptcn.com基本误差及其补偿温度误差及其补偿温度变化，导致霍尔元件内阻（Ri、Ro)和霍尔灵敏度（KH）等变化，给测量带来一定误差，即温度误差。为了

7、减温度误差，需采取温度补偿措施。www.pptcn.com1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻温度变化引起霍尔元件输入电阻Ri变化，在稳压源供电时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差，最好采用恒流源(稳定度0.1%)提供控制电流。但灵敏度系数KH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度误差。为了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回路并联电阻R，如图所示。恒流源及输入并联电阻温度补偿电路www.pptcn.com由补偿电路图知，在温度t0和t时(9-8)(9-9)(9-10)(9-11)当温度影响完全补

8、偿时，UH0=UHt，则(9-12)将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得(9-13,14)www.pptcn.com2．选取