霍尔传感器ppt课件.ppt

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1、第7章霍尔传感器的原理及其应用7.1概述7.2霍尔传感器的测量电路和误差分析7.3霍尔传感器的应用17.1概述1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器是基于霍尔效应将被测量(如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等)转换成电动势输出的一种传感器。不足：转换率较低、温度影响大、要求转换精度较高时必须进行温度补偿优势：结构简单、体积小、坚固、频率响应宽(从直流到微波)、动态范围(输出电动势的变化)大、非

2、接触、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化等优点下一页返回27.1概述7.1.1霍尔元件的结构霍尔元件由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片：一块矩形半导体单晶薄片，在长度方向两端面焊有a、b两根控制电流端引线，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。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。壳体：用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。上一页下一页返回37.1概述上一页下

3、一页返回目前，最常用的霍尔元件材料是锗(Ge},硅(Si)、锑化锢(InSb),砷化锢(InAs）和不同比例亚砷酸锢和磷酸锢组成的In型固熔体等半导体材料。20世纪80年代末出现了一种新型霍尔元件—超晶格结构(砷化铝/砷化稼)的霍尔器件，它可以用来测10-11T的微磁场。超晶格霍尔元件是霍尔元件的一个质的跃。47.1概述7.1.2霍尔传感器的命名H：霍尔元件；Z/S/T：材料；#：序号参数名称符号单位HZ-1型HZ-2型HZ-3型HZ-4型HT-1型HT-2型HS-1型材料（N）型Ge（111）Ge（111）Ge（111）Ge（100）InSbInSbIn

4、AS电阻率·cm0.8～1.20.8～1.20.8～1.20.4～0.50.003～0.010.003～0.050.01几何尺寸L×b×dmm38×4×0.24×2×0.28×4×0.28×4×0.26×3×0.28×4×0.28×4×0.2输入电阻Ri110±20%110±20%110±20%45±20%0.8±20%0.8±20%1.2±20%输出电阻Ru100±20%100±20%100±20%40±20%0.5±20%0.5±20%1±20%灵敏度KHmV/(mA·T)>12>12>12>41.8±20%1.8±20%1±20%不等位电阻r

5、o<0.07<0.05<0.07<0.02<0.005<0.005<0.00357.1概述7.1.3霍尔传感器的工作原理通有电流的半导体薄片置于磁场中，当电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上垂直于电流和磁场的方向上产生洛伦兹力，使得平行于电流x磁场面的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应，该电动势称霍尔电势，半导体薄片称霍尔元件。上一页下一页返回BIF67.1概述磁场强度B越强，霍尔电势EH也就越高。左手定则：四指电流方向；磁力线穿过掌心，拇指即洛伦兹力方向（负电荷移动方向）上一页下一页返回77.1概述霍尔电势EH可用下式表示。EH=KHIB式

6、中KH——霍尔元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位激励电流作用下霍尔电势的大小。KH=1/nde式中n—电子浓度;单位体积中电子的数量d—薄片厚度;e—电子的电荷量。e=1.6x10-19C上一页下一页返回87.1概述7.1.4霍尔传感器的特性参数磁场一定时，霍尔电势EH与控制电流I成正比。控制电流一定时，霍尔电势EH与磁感应强度B成正比。只有磁感应强度小于0.5T时，上述的线性关系才较好。磁场和电流方向不垂直怎么办？答：计算等效磁场强度(垂直分量)：EH=KHIBsinαEH=KHIBcosβ上一页下一页返回EH=KHIBIBαβ97.1概

7、述KH=1/nde金属材料的电子浓度（n）很高绝缘材料电阻率极高，电子迁移率很小半导体材料的载流子浓度和电阻率适中元件厚度d越小，灵敏度越高。因此元件一般在1μm左右因为薄，击穿电压低，因此控制电流要低载流子：电流载体。金属：电子半导体：电子，及电子缺失留下的空穴电解液：正负离子107.1概述霍尔元件的主要特性参数如下：1.额定控制电流IC与最大控制电流ICM霍尔元件在空气中产生10oC的温升时所施加的控制电流值称为额定控制电流IC。在相同的磁场感应强度下，IC值较大则霍尔效应更明显，可获得较大的输出电压。但增大控制电流，霍尔元件的功耗加大，温度升高，温漂

8、增大。限制IC的主要因素是散热条件。一般锗元件最大的允许温升为ΔT