霍尔传感器ppt课件

A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
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设流过霍尔元件的 电流为 I 时，
I dQldn(e)
dt
式中ld为与电流方 向垂直的截面积，n 为 单位体积内自由电子数 (载流子浓度)。则
IB UH ned
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I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
霍尔元件限制IC的主要因素是散热条件。
一般锗元件的最大允许温升ΔTm<80℃，硅 元件的ΔTm<175℃。当霍尔元件的温升达到 ΔTm时的IC就是最大控制电流ICm 。
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2、乘积灵敏度KH
其定义
KH
UH IB
霍尔元件的乘积灵敏度定义为在 单位控制电流和单位磁感应强度下， 霍尔电势输出端开路时的电势值，其 单位为V（AT），它反应了霍尔元件本 身所具有的磁电转换能力，一般希望 它越大越好。
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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国产霍尔元件型号的命名方法
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二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm
霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加 的控制电流称为额定控制电流IC。在相同的 磁感应强度下，IC值较大则可获得较大的霍 尔输出。
电位面上。如下图(a)所示。当控制电流I流过时，
即使末加外磁场，A、B两电极此时仍存在电位差，
此电位差被称为不等位电势（不平衡电势）UH。
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5、霍尔电势温度系数α
在一定的磁感应强度和控制电 流下，温度变化1℃时，霍尔电势 变化的百分率称为霍尔电势温度
系数α，单位为1／℃。
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第三节 霍尔元件的测量电路
一、基本测量电路
控制电流I由电源E供给，
电位器R调节控制电流I的大小。
霍 尔 元 件 输 出 接 负 载 电 阻 RL ， RL可以是放大器的输入电阻或
测量仪表的内阻。由于霍尔元
件必须在磁场与控制电流作用
场，该静电场对电子的作用力为FE与洛仑兹力 方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为
FE eEH eUlH
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡，
即 eB eUH
l
I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
U lB 所以 02.01.2020 H

UH=KHIBcosθ
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3）P型半导体，其多数载流子 是空穴，也存在霍尔效应，但 极性和N型半导体的相反。
4）霍尔电压UH与磁场B和电流I 成正比，只要测出UH ，那么B
或I的未知量均可利用霍尔元 件进行测量。
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
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通过以上分析可知：
1）霍尔电压UH与材料的性质有关 n 愈大，KH 愈小，霍尔灵敏
度愈低；
n 愈小，KH 愈大，但n太小，
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
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2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
高，所以霍尔元件的厚度都比较薄，
但d太小，会使元件的输入、输出电
阻增加。
霍尔电压UH与控制电流及磁场强
度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
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I B
A
θD
B
C
dL
l
UH
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
若磁场B和霍尔元件平面的法线成一角度 θ，则作用于霍尔元件的有效磁感应强 度为B cosθ，因此
第九章 霍尔传感器
本章主要讲述内容：
1、霍尔传感器的工作原理 2、霍尔元件的基本结构和主要技术指标 3、霍尔元件的测量电路 4、霍尔传感器举例
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第一节 霍尔元件的基本工作原理
概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器， 得到广泛的应用。可以检测磁场及其变化，可 在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以 霍尔效应为其工作基础。
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3、输入电阻Ri和输出电阻R0
Ri是指流过控制电流的电极（简称控制 电极）间的电阻值，R0是指霍尔元件的 霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间 的电阻，单位为Ω。可以在无磁场即B
＝0和室温（20 5）℃时，用欧姆表等
测量。
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4、不等位电势UM和不等位电阻RM
在额定控制电流 Ic 之下，不加磁
B＝0时，霍尔电极间的空载霍尔电势
UH≠0，称为不平衡(不等位)电势，单
位为mV。一般要求霍尔元件的UH<1mV，
好的霍尔元件的UH可以小于0.1mV。
不等位电势和额定控制电流Ic之比为不
等位电阻RM，即
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RM
UM IC
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不平衡电势UH是主要的零位误差。因为在工 艺上难以保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一等
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z y
I B
A
D
FL
B
C
dL
l
UH
x
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
设图中的材料是Ｎ型半导体，导电的载流 子是电子。在ｚ轴方向的磁场作用下，电子将 受到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力就是 洛仑兹力。它的大小为：FL=－evB
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电荷的聚积必将产生静电场，即为霍尔电
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霍尔系数及灵敏度
令
RH

Baidu Nhomakorabea

1 ne
则
UH

RH
IB d
RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。 由于金属导体内的载流子浓度大于半导
体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔
系数大于导体。
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令
KH

RH d
则 UHKHIB
KH为霍尔元件的灵敏度。 由上述讨论可知，霍尔元件的灵敏度不仅
与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元件的 几何尺寸有关。一般要求霍尔元件灵敏度越大 越好，霍尔元件灵敏度的公式可知，霍尔元件 的厚度d与KH成反比。
特点：
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢 固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便， 功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、 水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
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霍尔效应原理图
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霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。