《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第9章 霍尔传感器

第9章霍尔传感器 9.1霍尔传感器工作原理 9.2霍尔元件的结构和基本电路 9.3霍尔元件的主要特性参数 9.4霍尔元件误差及补偿 9.5霍尔式传感器的应用 返回 下一页

第9章 霍尔传感器 9.1 霍尔传感器工作原理 9.2 霍尔元件的结构和基本电路 9.3 霍尔元件的主要特性参数 9.4 霍尔元件误差及补偿 9.5 霍尔式传感器的应用 返 回 下一页

9.1霍尔传感器工作原理 基于霍尔效应。 半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向 与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于 电流和磁场方向的两个面之间产生电动势， 这种现象称为霍尔效应。 1879年霍尔首先在金属材料中发现了霍尔 效应，但是太弱没有得到应用。 产生的电动势称为霍尔电动势。 半导体薄片称为霍尔元件。 返回 上一页 下一页

9.1 霍尔传感器工作原理 半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向 与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于 电流和磁场方向的两个面之间产生电动势， 这种现象称为霍尔效应。 1879年霍尔首先在金属材料中发现了霍尔 效应，但是太弱没有得到应用。 产生的电动势称为霍尔电动势。 半导体薄片称为霍尔元件。 返 回 上一页 下一页 基于霍尔效应

霍尔效应原理 金属或半导体薄片，两 端通过虹，薄片垂直方 向施加邮。在垂直于电 流和磁场的方向将产生 霍尔电动势U:. 电场两端的电压，就是霍尔电势。 IB UH RH UHr-霍尔电势。 R-霍尔常数。 返回 上一页 下一页

霍尔效应原理 d IB UH RH =  返 回 上一页 下一页 电场两端的电压，就是霍尔电势。 UH-霍尔电势。 RH-霍尔常数。 金属或半导体薄片，两 端通过I，薄片垂直方 向施加B。在垂直于电 流和磁场的方向将产生 霍尔电动势UH

载流子受洛仑兹力： F=eUB 霍尔电场强度： U EH三 b 平衡状态： eEn=evB EH =VB 因为： I=j.bd =-nev.bd 电子运动平均速度： V三 bdne 返回 上一页 下一页

F = eB b U E H H = eEH = evB， 载流子受洛仑兹力: 霍尔电场强度: 平衡状态: EH = vB bdne I 电子运动平均速度: v = − 返 回 上一页 下一页 因为: I = j bd = −nev bd

IB UH=EH·b=Bb=- 1 IB RH ne d d 霍尔电势： IB d 霍尔常数： RH二- ne 霍尔常数大小取决于导体的载流子密度，其正负 取决于载流子的正负性质。 金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍 尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件

d IB UH RH 霍尔电势: =  d IB R d IB ne UH EH b vB b H =  =  = −  =  1 霍尔常数大小取决于导体的载流子密度，其正负 取决于载流子的正负性质。 金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍 尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。 霍尔常数: ne RH 1 = −

Un-Rog 霍尔电势与导体厚度成反比。 为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。 UH =KH BI RH 霍尔元件灵敏度（灵敏系数） d ned 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空 穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的 霍尔元件。 返回 上一页

霍尔电势与导体厚度d成反比。 为了提高霍尔电势值， 霍尔元件制成薄片形状。 U K BI H = H d ned R K H H 1 = = 霍尔元件灵敏度(灵敏系数) 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空 穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的 霍尔元件。 返 回 上一页 下一页 d IB UH RH = 

Uu=KuBI 说明： (1) U BI (2)K是霍尔元件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强度 和单位控制电流是输出霍尔电压大小的一个重要参数，与元 件的性质和几何尺寸有关。 (3)元件的厚度对灵敏度的影响也很大。 (4)当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的 方向也将改变 (5)由于建立霍尔电势所需的时间极短（约为1012~1014s) ,因此霍尔元件的频率响应甚高（可达10H以上）

说明： （1） （2）KH是霍尔元件的灵敏度，它是表征在单位磁感应强度 和单位控制电流是输出霍尔电压大小的一个重要参数，与元 件的性质和几何尺寸有关。 （3）元件的厚度d对灵敏度的影响也很大。 （4）当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的 方向也将改变 （5）由于建立霍尔电势所需的时间极短（约为10-12~10-14s） ，因此霍尔元件的频率响应甚高（可达109HZ以上）。 U K BI H = H U BI H 

霍尔元件的结构和基本电路 (©)霍尔电极位置 2 (a)外形结构示意图 (b)图形符号 (d基本测量电路 1-1'电极用于加控制电流，称控制电极。 2-2'电极用于引出霍尔电势，称嚯尔电势输出极。 返回 上一页 下一页

霍尔元件的结构和基本电路 返 回 上一页 下一页 1-1’电极用于加控制电流，称控制电极。 2-2’电极用于引出霍尔电势，称霍尔电势输出极

(1)材料：一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导 体单晶体材料制成。 (2)结构与组成：霍尔元件结构简单，它由霍尔片、引 线和壳体三部分组成。 (3)符号与基本电路：上图别给出了霍尔元件的符号及 基本电路。 图(a)中，从两个相互垂直方向侧面上，引出两对 电极，叫称控制电极和霍尔电势输出极。 。图(b)是霍尔元件通用的图形符号。 图(c)所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度 对霍尔电势数值影响很大。 图(d)是基本测量电路

⚫ 图（a）中，从两个相互垂直方向侧面上，引出两对 电极，叫称控制电极和霍尔电势输出极。 ⚫ 图（b）是霍尔元件通用的图形符号。 ⚫ 图（c）所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度 对霍尔电势数值影响很大。 ⚫ 图（d）是基本测量电路 。 （1）材料：一般采用N型的锗、锑化铟和砷化铟等半导 体单晶体材料制成。 （2）结构与组成：霍尔元件结构简单，它由霍尔片、引 线和壳体三部分组成。 （3）符号与基本电路：上图别给出了霍尔元件的符号及 基本电路

Un =Kn BI 9.2霍尔元件的电磁特性 Ua-特性，UB特性 1.UH-特性：B和环境T一定，UH∝1 直线的斜率称为控制电流灵敏度 HZ-1、2、3 K 60 B恒定 5 40 HZ-4 20 KI=KuB 10 2030 40 I(mA) 霍尔的灵敏度K越大，控制电流灵敏度K也就越大 但灵敏度大的元件，其霍尔输出并不一定大

9.2 霍尔元件的电磁特性 UH -I特性， UH-B特性 1. UH -I特性： B和环境T一定， U I H  直线的斜率称为控制电流灵敏度 ( ) I B恒定 U I H K = KI = KH B U K BI H = H 霍尔的灵敏度KH越大，控制电流灵敏度KI也就越大 。但灵敏度大的元件，其霍尔输出并不一定大