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1、5.2霍爾傳感器5.2.1霍爾傳感器工作原理5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用下一頁(yè)返回5.2.1霍爾傳感器工作原理半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場(chǎng)方向的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱霍爾電勢(shì)半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件上一頁(yè)下一頁(yè)返回霍爾效應(yīng)原理上一頁(yè)下一頁(yè)返回載流子受洛侖茲力霍爾電場(chǎng)強(qiáng)度平衡狀態(tài)電子運(yùn)動(dòng)平均速度上一頁(yè)下一頁(yè)返回因?yàn)榛魻栯妱?shì)霍爾常數(shù)霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度：金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢(shì)
2、也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件?；魻栯妱?shì)與導(dǎo)體厚度d成反比：為了提高霍爾電勢(shì)值，霍爾元件制成薄片形狀?；魻栐`敏度（靈敏系數(shù)）半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度）比空穴遷移率高，因此N型半導(dǎo)體較適合于制造靈敏度高的霍爾元件，上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2.2霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路霍爾元件上一頁(yè)下一頁(yè)返回圖（a）中，從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個(gè)相互垂直方向側(cè)面上，引出一對(duì)電極，其中1-1電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對(duì)2-2電極用于引出霍爾電勢(shì)，稱霍爾電勢(shì)輸出極。在基片外面用金屬或陶瓷、環(huán)氧樹脂等封裝作為外殼。圖（b）是霍爾元件通用的圖形符號(hào)。圖（c）所示，霍爾電極在基片上的位
3、置及它的寬度對(duì)霍爾電勢(shì)數(shù)值影響很大。通常霍爾電極位于基片長(zhǎng)度的中間，其寬度遠(yuǎn)小于基片的長(zhǎng)度。圖（d）是基本測(cè)量電路。5.2.3霍爾元件的主要特性參數(shù)當(dāng)磁場(chǎng)和環(huán)境溫度一定時(shí):霍爾電勢(shì)與控制電流I成正比當(dāng)控制電流和環(huán)境溫度一定時(shí):霍爾電勢(shì)與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí):輸出的霍爾電勢(shì)與I和B的乘積成正比測(cè)量以上電阻時(shí)，應(yīng)在沒(méi)有外磁場(chǎng)和室溫變化的條件下進(jìn)行。上一頁(yè)下一頁(yè)返回霍爾元件的主要特性參數(shù)：(1)輸入電阻和輸出電阻輸入電阻：控制電極間的電阻輸出電阻：霍爾電極之間的電阻(2)額定控制電流和最大允許控制電流額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中產(chǎn)生10℃溫升時(shí)，對(duì)應(yīng)的
4、控制電流值最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對(duì)應(yīng)的控制電流值上一頁(yè)下一頁(yè)返回(3)不等位電勢(shì)Uo和不等位電阻ro不等位電勢(shì)：當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。不等位電勢(shì)是由霍爾電極2和之間的電阻決定的，r0稱不等位電阻上一頁(yè)下一頁(yè)返回霍爾元件的主要特性參數(shù)(4)寄生直流電勢(shì)霍爾元件零位誤差的一部分當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢(shì)控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢(shì)(5)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制
5、電流下，溫度每變化1度時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.3.4霍爾元件誤差及補(bǔ)償1.不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償2.溫度誤差及其補(bǔ)償上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.不等位電勢(shì)誤差的補(bǔ)償可以把霍爾元件視為一個(gè)四臂電阻電橋，不等位電勢(shì)就相當(dāng)于電橋的初始不平衡輸出電壓。上一頁(yè)下一頁(yè)返回電勢(shì)的補(bǔ)償電路對(duì)稱電路當(dāng)溫度變化時(shí)，補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性要好些上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差產(chǎn)生原因：霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對(duì)溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度變化時(shí)，霍爾元件的一些特性參數(shù)，如霍爾電勢(shì)、輸入電阻和輸出電阻等都要發(fā)生變化，從而使霍爾式傳感器
6、產(chǎn)生溫度誤差。上一頁(yè)下一頁(yè)返回減小霍爾元件的溫度誤差選用溫度系數(shù)小的元件采用恒溫措施采用恒流源供電上一頁(yè)下一頁(yè)返回恒流源溫度補(bǔ)償霍爾元件的靈敏系數(shù)也是溫度的函數(shù)，它隨溫度的變化引起霍爾電勢(shì)的變化，霍爾元件的靈敏系數(shù)與溫度的關(guān)系KH0為溫度T0時(shí)的KH值；溫度變化量；霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)α是正值時(shí)，它們的霍爾電勢(shì)隨溫度的升高而增加（1+α△t）倍。同時(shí)，讓控制電流I相應(yīng)地減小，能保持KHI不變就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響。恒流源溫度補(bǔ)償電路當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí)，旁路分流電阻自動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的控制電流上一頁(yè)下一頁(yè)返回控制
7、電流溫度升到T時(shí)，電路中各參數(shù)變?yōu)樯弦豁?yè)下一頁(yè)返回溫度為T0時(shí)霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)；分流電阻溫度系數(shù)。為使霍爾電勢(shì)不變，補(bǔ)償電路必須滿足:升溫前、后的霍爾電勢(shì)不變，經(jīng)整理，忽略高次項(xiàng)后得上一頁(yè)下一頁(yè)返回當(dāng)霍爾元件選定后，它的輸入電阻和溫度系數(shù)及霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)可以從元件參數(shù)表中查到（可以測(cè)量出來(lái)），用上式即可計(jì)算出分流電阻及所需的分流電阻溫度系數(shù)值。5.2.5霍爾式傳感器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和
