磁電式傳感器第九章(編輯修改稿)
2025-06-20 12:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 單位電場強度作用下載流子運動速度。 23 磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢 若磁感應強度 B不垂直于霍爾元件 ， 而是與其法線成某一角度 ? 時 ， 實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應強度是其法線方向 （ 與薄片垂直的方向 ） 的分量 ， 即 Bcos?， 這時的霍爾電勢為 UH=KHIBcos? 結論：霍爾電勢與輸入電流 I、磁感應強度 B成正比，且當 B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。 24 HH RK d?1HR nq ??? ? ?HHU K I B?討論： ? 任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢 ， 但不是都可 以制造霍爾元件 。 ? 絕緣材料電阻率 ρ 很大 ， 電子遷移率 μ 很小 ， 不適用； ? 金屬材料電子濃度 n很高 ， RH很小 ， UH很小 。 ? 半導體材料電阻率 ρ 較大 RH大 ， 非常適于做霍爾元件 ，半導體中電子遷移率一般大于空穴的遷移率 ， 所以霍爾元件多采用 N 型半導體 （ 多電子 ） 。 ? 由上式可見 ， 厚度 d越小 ， 霍爾靈敏度 KH 越大 ， 所以霍爾元件做的較薄 ， 通常近似 1微米 (d≈ 1μm) 。 25 霍爾元件的基本結構與基本測量電路 1. 霍爾元件基本結構 霍爾元件的結構很簡單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的， 如圖（ a）所示。 霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片， 引出四根引線： 1′ 兩根引線加激勵電壓或電流，稱激勵電極（控制電極）； 2′ 引線為霍爾輸出引線， 稱霍爾電極。 霍爾元件的殼體是用非導磁金屬、 陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝的。 在電路中， 霍爾元件一般可用兩種符號表示， 如圖（ b）所示。 26 國產(chǎn)霍爾元件別號的命名方法如下： 常見的國產(chǎn)霍爾元件型號有 HZ— HZ— HZ— HT— HT— HS— 1等。 27 2. 霍爾傳感器基本電路 ? 霍爾晶體的外形為矩形薄片有四根引線 ， ? 兩端加激勵 ， 兩端為輸出 ， RL為負載電阻 ； ? 電源 E通過 R控制激勵電流 I； ? B 磁場與元件面垂直 （ 向里 ） ? ? 實測中可把 I*B作輸入 ， 也可把 I或 B單獨做輸入； 通過霍爾電勢輸出測量結果 。 ?輸出 Uo與 I或 B成正比關系 ， 或與 I*B成正比關系 。 28 霍爾元件的轉換效率較低，實際應用中，為了獲得較大的霍爾電壓，可將幾個霍爾元件的輸出串聯(lián)起來，如圖所示，在這種連接方法中，激勵電流極應該是并聯(lián)的，如果將其接成串聯(lián)，霍爾元件將不能正常工作，雖然霍爾元件的串聯(lián)可以增加輸出電壓，但其輸出電阻也將增大。 29 霍爾元件的主要技術參數(shù) (1) 額定激勵電流和最大允許激勵電流 當霍爾元件自身溫升 10℃ 時所流過的激勵電流稱為額定激勵電流。 以元件允許最大溫升為限制所對應的激勵電流稱為最大允許激勵電流。因霍爾電勢隨激勵電流增加而線性增加，所以使用中希望選用盡可能大的激勵電流，因而需要知道元件的最大允許激勵電流。改善霍爾元件的散熱條件，可以使激勵電流增加。 30 (2） 輸入電阻和輸出電阻 激勵電極間的電阻值稱為輸入電阻 。 霍爾電極輸出電勢對電路外部來說相當于一個電壓源 ， 其電源內(nèi)阻即為輸出電阻 。 以上電阻值是在磁感應強度為零 ，且環(huán)境溫度在 20℃ 177。 5℃ 時所確定的 。 31 (3） 不等位電勢和不等位電阻 當霍爾元件的激勵電流為 I時 ， 若元件所處位置磁感應強度為零 ， 則它的霍爾電勢應該為零 ， 但實際不為零 。 這時測得的空載霍爾電勢稱為不等位電勢 。 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有： ① 霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上； 32 ② 半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； ③ 激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。 33 (4） 寄生直流電勢 在外加磁場為零 、 霍爾元件用交流激勵時 ， 霍爾電極輸出除了交流不等位電勢外 ， 還有一直流電勢 ，稱為寄生直流電勢 。 其產(chǎn)生的原因有： ① 激勵電極與霍爾電極接觸不良 ， 形成非歐姆接觸 ， 造成整流效果； ② 兩個霍爾電極大小不對稱 ， 則兩個電極點的熱容不同 ， 散熱狀態(tài)不同而形成極間溫差電勢 。 寄生直流電勢一般在 1mV以下，它是影響霍爾片溫漂的原因之一。 34 測量誤差及誤差的補償
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