什么是霍爾傳感器?霍爾傳感器的作用原理
霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)制造的一種磁場(chǎng)傳感器?;魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種,這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研討金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng),而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技能、檢測(cè)技能及信息處理等方面?;魻栃?yīng)是研討半導(dǎo)體資料性能的根本辦法。經(jīng)過(guò)霍爾效應(yīng)試驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù),可以判別半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
霍爾元件的作業(yè)原理:
磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片,恒定電流I從A到B經(jīng)過(guò)該片。在洛侖茲力的效果下,I的電子流在經(jīng)過(guò)霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移,使該片在CD方向上發(fā)生電位差,這便是所謂的霍爾電壓。
霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變而改變,磁場(chǎng)越強(qiáng),電壓越高,磁場(chǎng)越弱,電壓越低,霍爾電壓值很小,通常只需幾個(gè)毫伏,但經(jīng)集成電路中的擴(kuò)大器擴(kuò)大,就能使該電壓擴(kuò)大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。
若使霍爾集成電路起傳感效果,需要用機(jī)械的辦法來(lái)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度。下圖所示的辦法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開(kāi)關(guān),當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí),磁場(chǎng)偏離集成片,霍爾電壓消失。這樣,霍爾集成電路的輸出電壓的改變,就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一方位,利用這一作業(yè)原理,可將霍爾集成電路片用效果點(diǎn)火正時(shí)傳感器?;魻栃?yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器,它要有外加電源才能作業(yè),這一特色使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
什么是霍爾效應(yīng)?
霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力效果引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子(電子或空穴)被約束在固體中,這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上發(fā)生正負(fù)電荷的聚積,從而構(gòu)成附加的橫向電場(chǎng)。關(guān)于圖一所示的半導(dǎo)體試樣,若在X方向通以電流Is,在Z方向加磁場(chǎng)B,則在Y方向即試樣A,A′電極兩邊就開(kāi)端聚積異號(hào)電荷而發(fā)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)。電場(chǎng)的指向取決定于試樣的電類型。顯然,該電場(chǎng)是阻撓載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移,當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力eEH與洛侖茲力持平時(shí),樣品兩邊電荷的積累就到達(dá)平衡,
其中EH為霍爾電場(chǎng),V是載流子在電流方向上的均勻漂移速度。設(shè)試樣的寬為b,厚度為d,載流子濃度為n,則由兩式可得即霍爾電壓VH(A、A′電極之間的電壓)與ISB乘積正比與試樣厚度d成反比。份額系數(shù) 稱為霍爾系數(shù),它是反映資料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù),只需測(cè)出 VH(伏)以及知道IIs(安)、B(高斯)和d(厘 米)可按下式核算RH(厘米3/庫(kù)侖)
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