檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)：第5章電壓型傳感器4（霍爾式）

1、 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 5.4 霍爾傳感器霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。cdab霍爾電勢的推導(dǎo) 基片寬度兩側(cè)建立的電勢差稱為霍爾電勢，它與霍爾電場強度EH的關(guān)系為： UH= EHb= Bvb (b為寬度)設(shè)n是N型半導(dǎo)體載流子濃度，bd是與電流方向垂直的截面積，則流過基片電流: I=nqvbd vb=I/nqd 代入UH= Bvb得： 結(jié)論：霍爾電勢與激勵電流I、磁感應(yīng)強度B成正

2、比，且當(dāng)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。 磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢 若磁感應(yīng)強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時，這時的霍爾電勢為: UH=KHIBcos 關(guān)于最大激勵電流IM : 根據(jù)UH=KHIB，霍爾電勢UH隨激勵電流I增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，甚至燒壞元件，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。 激勵電流常用 20mA 5.2.2、霍爾傳感器的組成及基本特性霍

3、爾傳感器由霍爾元件、激勵電源、測量電路、磁路裝置組成。(1)霍爾元件的構(gòu)造由霍爾片、引線和殼體組成，霍爾片是型半導(dǎo)體矩型薄片。長邊引電壓輸出，短邊引控制電流。常用N型鍺Ge ,銻化銦InSb,砷化銦InSb材料霍爾元件的電路部分激勵電流可以是直流或交流。激勵電流是直流電，產(chǎn)生霍爾電勢是直流，激勵電流是交流電，產(chǎn)生霍爾電勢是交流。RP作用，調(diào)節(jié)激勵電流。元件分線性應(yīng)用和開關(guān)應(yīng)用。增加霍爾輸出電勢或功率的方法霍爾傳感器應(yīng)用一、利用UH與電流I的關(guān)系 當(dāng)磁場恒定時，在一定溫度下，霍爾電勢與控制電流I成很好的線性關(guān)系。利用此特性，可直接用于測量電流，也可用于測量能轉(zhuǎn)換為電流的其它物理量。優(yōu)點：可進行非

4、接觸測量,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,頻率高,頻帶寬,動態(tài)特性好,壽命長.可測量磁場強度,功率,相位,電能，位移,轉(zhuǎn)速,壓力,加速度等。如下圖所示安裝兩磁鋼，在中心位置的磁場具有均勻的梯度變化特性，有B=Cx?；魻柶豿方向移動時，霍爾電勢：UH=KHIB=KHICx=Kx二、利用UH與的B關(guān)系，用于微位移、壓力、加速度、振動等。 霍爾傳感器位移特性實驗原理 （P105 圖5-4-6）鉗形電流表的工作原理（如有圖）：待測電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度B為： B=KBIX 霍爾電勢為： U0=KHIB=KHIKBIX=KIX 因此，鉗形電流表在不斷開電路的情況下，可測量大電流，最大可測100KA以上的電流，而且還可以測量電子束、離子束等的電流。三、利用UH與I、B關(guān)系控制電流為I1，磁感應(yīng)強度B由勵磁電流I2產(chǎn)生，則UH=KI1I2，可以實現(xiàn)模擬乘法器等。利用霍爾元件作為平均功率的測量。 應(yīng)用：轉(zhuǎn)速測量導(dǎo)磁盤轉(zhuǎn)動時，霍