霍尔元件的工作原理及结构

霍尔元件的工作原理及结构

如图1所示．—块高为1、宽为5、厚为6的半导体。存外加磁场B作用下，

当商电流J流过时．运动屯子受洛伦兹力的作用而偏向一侧，使该侧形

成电子的积

累，与它对义的侧面由于电了浓度下降。出现了正电荷·。这样，在两

侧面间就形成了—‘个电场。运动

电子在受洛伦兹力的同时，又受电场力的作用．最后当这两力作用相等时，电子的积

累达到动态平衡，这时两侧之间建立电场，称霍尔电场民，相应的电压称

霍尔电压uEI。上述这种现象称霍尔效应。经分析推导得霍尔电压

式中M—半导体单位体积中的载流子数；

‘—一电子电量；

K M——程尔元件灵饭度，J(M一1／MrJ。

二·、霍尔元件的材料及结构特点

根报雀尔效应原理做成的器件叫做程尔元件。霍尔元件—般采用具有N

型的锗、锑化钥

和砷化钢等十导体单品材料制成。锑化铜元件的输出较大．促受温度的影

响也较大。铬元件

的输小虽小，但它的温度性能和线性度却比较好。砷化姻元件的输出信号

没有锑化姻元件大，

但是受温度的影响印比锑化姻的要小，而且线性度也较好。因此，以砷化

钡为霍尔元件的材料

得到曾遏放用。

霍尔元件结构很简单、是‘种半导体凹端薄片，它由霍尔片、引线和壳

体组成。霍

尔片的相对两侧对称地焊上两对电极引出线，如图10—2(a)所示。其小，一对(altj端)称为激励电流

端25外一对(c、J端)称为霍尔电势输出端，引线焊接处要求接触电阻小，而量呈现纯电阻件

质(欧姆接触)。霍尔片—般用非磁件金届、陶瓷或环氧树脂封装。

(一)输入电阻R，

霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值，队儿欧

到几百欧，视不问型

号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终引

起猩尔屯势变化。

为广减少这种影响，最好采用恒流源作为激励源。

(二)输出电阻只。

两个留尔屯势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数值与输入电阻

属同一数量级，它也

随温度改变而改变。选择适当的负载电阻RL与之匹配，uJ以使出温度引起霍尔电势的漂移减

至最小。

(三)最大激励电流JM

由于霍尔电势随激励电流增大而沼大，故在应用中总希望选用较大的激励电流，但激励电

流增大．霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号

的元件均规定丁相应的最大激励电流，它的数值为几毫安至几百毫安。

(曰)R敏曰xH

f(M＝ZH／(J．B)，它的数值约为10 n、V／(1nA．I’)。

(五]最大磁感应强废Bm

磁感应强度为BMDf，霍尔吧势的非线性误差将明显增大

(六)不等位电努

在额定激励电流卜，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势，这是

由于d个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。

(七]霍尔电势温度系数

在定磁场强度和激励电流的作用下，温度每变化1Yj时霍尔电势变化的日分数称为霍

尔电势温度系数，它与霍尔元件的材料有关。cjmc%ddz