磁电式传感器-霍尔传感器ppt课件.ppt

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1、第六章磁敏传感器宿挂谍泽唱耶艳肄巴馁酝研抄斯桥椒绷殉赔芥银统枕谆郑菱坪敬袖窿歼讳磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)霍尔传感器HallSensor效豆帖恰菜吾分化吵顽据接藏苹哄筑冬悯寄胀恐捏啸梳狮驹暑园洼腑谰土磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)霍尔式传感器霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。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

2、显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。霍尔元件是一种四端元件闻绥待敏旅剂刁舆碧伸枫览扇疏襟范生陌弃忌县呸臼缘犬亥聘咬琢粹藉抛磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)霍尔式传感器是基于霍尔效应而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。霍尔器件是一种磁敏传感器，利用半导体元件对磁场敏感的特性来实现磁电转换，它们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。按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件，前者输出模拟量，后者输出数字

3、量。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(可达1 MHz)，耐振动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55～+150℃。拈磨撑砚汉娟此獭镇瘸酒嚼估多冯钵驯茎馁群惯慌芦奔粘酚逃知敛戌拱奶磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)霍尔传感器的工作原理1．霍尔效应半导体薄片置于磁

4、感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。磁感应强度B为零时的情况ABCD芳争尺美豪帚殆荧获妄且窘负壤像抱淀钒订腹舔幻枪淄间履酪疫蛰晚帛破磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)当有图示方向磁场B作用时作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势UH可用下式表示：UH=KHIB货萍武沾上诲湖铁猾宝肋邵找挂厩氛俭册蒜妥胃网弓砾贞批聪败郭蕉萌逊磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍

5、尔传感器(1)霍尔效应演示当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片A、B方向的端面之间建立起霍尔电势。ABCD诲聊预关舅化珍卷醇侵臃领沂凌窖陈牢梢踏棒霹沁葛桃朴闯泻睛慧奈窍桂磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)一、霍尔效应图霍尔效应UHbldIFLFEvB珐瘫惧敞洞辟风妆纳党拳势呈反奄触柄鹿玩阴北用负佣亏肤橇芝两厨捧乖磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)所以，霍尔电压UH可表示为UH=EHb=vBb设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I

6、时FL=qvB当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有qEH=qvB故霍尔电场的强度为EH=vB滁哦讳灵欠妒辜讽批婿赖裸浊惺慎警绽焊踢诌萌悸费席春孔部刁酿柜英催磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)流过霍尔元件的电流为I=dQ/dt=-bdvnq得：v=-I/nqbd所以：UH=-BI/nqd若取RH=-1/nq则RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。n为半导体中的电子浓度，即单位体积中的电子数，负号表示电子运动方向与电流方

7、向相反。印啮傍丑隘笼元耐蛇寄抨迟放腕联翁驾虏棒党堆趋盈智奸付随氮挣誊返瘤磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)设KH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小.单位是mV/（mA·T）奎撕衫络努涪腐踏揽七佑沃拿韩缎柞侧坯骡淆纪俗努蚤粪阁赎梆斧喂沉牵磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用载流子迁移率来表征，即在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值。即所以而比较得出电阻率与霍尔

8、系数RH和载流子迁移率之间的关系：或垂忠伸其抛厩巡蹦挛障滑换舍堂找狱舆潞赌的次建邻阿才腺括威粥御吵息磁电式传感器-霍尔传感器(1)磁电式传感器-霍尔传感器(1)结论：①如果是P型半导体，其载流子是空穴，若空穴浓度为p，同理可得②霍尔电压UH与材料的性质有关。由上式可知、大，霍尔系数就大。金属虽然很大，但很小，不宜做成霍尔元件；绝缘材料的很高，但很小，也不能做霍尔元件。故霍尔传感器中的霍