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霍爾元件原理

2022/04/20
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硬件型號:賽卓SC4001線性輸出霍爾芯片

系統(tǒng)版本:芯片系統(tǒng)

霍爾元件工作原理是當電流通過金屬箔片時,若在垂直于電流的方向施加磁場,則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯,而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈極強的霍爾效應(yīng)。

由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場,其大小和導(dǎo)線中的電流成正比,故可以利用霍爾元件測量出磁場,就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點是不和被測電路發(fā)生電接觸,不影響被測電路,不消耗被測電源的功率,特別適合于大電流傳感。

若把霍爾元件置于電場強度為E、磁場強度為H的電磁場中,則在該元件中將產(chǎn)生電流I,元件上同時產(chǎn)生的霍爾電位差和電場強度E成正比,如果再測出該電磁場的磁場強度,則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。

霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。所謂霍爾效應(yīng),是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時,產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當電流通過金屬箔片時,若在垂直于電流的方向施加磁場,則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯,而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈極強的霍爾效應(yīng)。

霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?;魻栐哂性S多優(yōu)點,它們的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1MHZ),耐震動,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作,如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等等。

半導(dǎo)體中電子遷移率(電子定向運動的平均速度)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霍爾元件。

常用的半導(dǎo)體材料N型硅、N型鍺、銻化銦、砷化銦和不同比例亞砷酸銦和磷酸銦組成的In型固溶體等。

其中N型鍺容易加工,其霍爾常數(shù)、溫度性能、輸出線性都較好,應(yīng)用非常普遍銻化銦元件由于在高溫時霍爾常數(shù)大,所以輸出較大,但對溫度最敏感,尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大;砷化銦的霍爾常數(shù)較小,溫度系數(shù)也較小,輸出線性好;砷化鎵的溫度特性和輸出線性好,是較理想的材料,但價格較貴。不同材料適用于不同場合,銻化銦適用于作為敏感元件,鍺和砷化銦霍爾元件適用于測量指示儀表。

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