传感器与检测技术-1第八章.ppt
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1、第第8章章 霍尔传感器霍尔传感器2024/5/13 周一1.引言引言n霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。n1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中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。太弱而没有得到应用。n随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。用和发展。n霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、霍尔传感器广泛用于电磁测量、压
2、力、加速度、振动等方面的测量。振动等方面的测量。2024/5/13 周一2.8.1 霍尔传感器的工作原理霍尔传感器的工作原理n金属或半导体薄片置于磁感应强度金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁的磁场(磁场方向垂直与薄片)中,当有电场(磁场方向垂直与薄片)中,当有电流流I通过时,在垂直于电流和磁场的方向通过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势上将产生电动势UH,这种物理现象称为,这种物理现象称为霍尔效应。该电势霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。称霍尔电势。8.1.1 霍霍 尔尔 效效 应应 2024/5/13 周一3.霍尔效应霍尔效应n一块长为一块长为L、宽为、宽为W、厚为、厚为d的的N型
3、半导型半导体薄片,位于磁感应强度为体薄片,位于磁感应强度为B的磁场中,的磁场中,B垂直于垂直于L-W平面,沿平面,沿L通电流通电流I,N型半型半导体的载流体导体的载流体-电子将受到电子将受到B产生的洛仑产生的洛仑兹力兹力FB的作用的作用 2024/5/13 周一4.n洛仑兹力洛仑兹力FL使电子向垂直于使电子向垂直于B和自由电子运动和自由电子运动方向偏移,其方向符合右手螺旋定律,即电方向偏移,其方向符合右手螺旋定律,即电子有向某一端积聚的现象,使半导体子有向某一端积聚的现象,使半导体端面端面产生负电荷积聚,另一端面则为正电荷积聚。产生负电荷积聚,另一端面则为正电荷积聚。由于电荷积聚,产生静电场,
4、称为霍尔电场。由于电荷积聚,产生静电场,称为霍尔电场。该静电场对电子的作用力该静电场对电子的作用力FE与洛仑兹力与洛仑兹力FL的的方向相反,将阻止电子继续偏转,其大小为方向相反,将阻止电子继续偏转,其大小为 8.1.2 基本原理基本原理2024/5/13 周一5.n电场力阻止电子继续向原侧面积累,当电场力阻止电子继续向原侧面积累,当电子所受电场力和洛仑兹力相等时,电电子所受电场力和洛仑兹力相等时,电荷的积累达到动态平衡,由于存在荷的积累达到动态平衡,由于存在EH,半导体片两侧面间出现电位差半导体片两侧面间出现电位差UH,称为,称为霍尔电势霍尔电势 2024/5/13 周一6.n磁场与薄片法线夹
5、角为磁场与薄片法线夹角为 2024/5/13 周一7.常用的霍尔元件材料常用的霍尔元件材料 n锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中中N型锗容易加工制造,其霍尔系数、温度性型锗容易加工制造,其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。能和线性度都较好。N型硅的线性度最好,其型硅的线性度最好,其霍尔系数、温度性能同霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟对型锗相近。锑化铟对温度最敏感,尤其在低温范围内温度系数大,温度最敏感,尤其在低温范围内温度系数大,但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小,温度系数也较小,输出特性线性系
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