傳感器與檢測技術---第7章磁電式傳感器(編輯修改稿)
2024-11-15 10:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 示 , 在垂直于外磁場 B的方向上放置一導電板 , 導電板通以電流 I, 方向如圖所示 。 導電板中的電流是金屬中自由電子在電場作用下的定向運動 。 此時 , 每個電子受洛侖磁力 fL 為 Bvef L ??? ???其 fL 大小為 fL =eBv （ 7 9） 式中 : e——電子電荷 。 v——電子運動平均速度 。 B—— 第 7章 磁電式傳感器 式中 UH為電位差 。 霍爾電場的出現(xiàn) , 使定向運動的電子除了受洛侖磁力作用外 , 還受到霍爾電場的作用力 , 其大小為 fe=eEH， 此力阻止電荷繼續(xù)積累 。 隨著內(nèi) 、 外側積累電荷的增加 , 霍爾電場也增加 , 電子受到的電場力也增加 , 當電子所受洛侖磁力與霍爾電場作用力大小相等時 ， 即 fe=fL bUE HH ? 由于 fL 的作用 , 結果使金屬導電板內(nèi)側面上積累負電荷（ 電子 ） , 而外側面上積累了正電荷 , 從而形成了附加內(nèi)電場 EH, 稱霍爾電場 , 該電場強度為 （ 7 10） 第 7章 磁電式傳感器 eEH=evB （ 7 11） 則 EH=vB （ 7 12） 由于此兩個力方向相反 ， 使電荷不再向兩側面積累 , 達到動態(tài)平衡狀態(tài) 。 若金屬導電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為 n, 電子定向運動平均速度為 v， 則激勵電流 I=nevbd, bdneIv ?b d n eIBvBEH ??（ 7 14） （ 7 13） 即 第 7章 磁電式傳感器 式中令 RH =1/（ ne） , 稱之為霍爾常數(shù) , 其大小取決于導體載流子密度 ， 則 式中 KH=RH/d 稱為霍爾片的靈敏度 。 注：式 (7 – 16)是把霍爾片的長度 l 看作無限大得出的 ， 實際上霍爾片總有一定的長寬比 ， 只有當 l/b2時 ， 式 (7 – 16)才成立 。 實際設計時 ， 取 l/b=2 已足以 。 并制成薄片形狀 。 n e dIBbEUHH ??IBKd IBRU HHH ??將上式代入式（ 7 10）得 （ 7 15） （ 7 16） 第 7章 磁電式傳感器 對霍爾片材料的要求 , 希望有較大的霍爾常數(shù) RH, 霍爾元件激勵極間電阻 R=ρl/（ bd ） , 同時 R=U/I=El/I=El/（ nevbd） , 其中 U為加在霍爾元件兩端的激勵電壓 ， E為霍爾元件激勵極間內(nèi)電場 ， v為電子移動的平均速度 。 設μ=v/E， 則 μ稱作電子遷移率 。 由 (7 17) RH=μρ （ 7 18） 從式 （ 7 18） 可知 , 霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率 μ的乘積 。 若要霍爾效應強 , 則 RH值大 , 因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率 。 ne b dlne v b dElbdl?? ??第 7章 磁電式傳感器 一般金屬材料載流子遷移率很高 , 但電阻率很小 。 而絕緣材料電阻率極高 , 但載流子遷移率極低 。 故只有半導體材料適于制造霍爾片 。 目前常用的霍爾元件材料有 : 鍺 、 硅 、 砷化銦 、 銻化銦等半導體材料 。 其中 N型鍺容易加工制造 , 其霍爾系數(shù) 、 溫度性能和線性度都較好 。 N型硅的線性度最好 , 其霍爾系數(shù) 、 溫度性能同 N型鍺相近 。 銻化銦對溫度最敏感 , 尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大 , 但在室溫時其霍爾系數(shù)較大 。 砷化銦的霍爾系數(shù)較小 , 溫度系數(shù)也較小 , 輸出特性線性度好 。 下表 7 1為常用國產(chǎn)霍爾元件的技術參數(shù) 。 第 7章 磁電式傳感器 第 7章 磁電式傳感器 第 7章 磁電式傳感器 2. 霍爾元件基本結構 霍爾元件的結構很簡單 , 它由霍爾片 、 引線和殼體
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