霍尔元件原理及应用2_淄博齐翼电器的空间_百度空间
2 霍尔效应和霍尔器件
  2.1 霍尔效应

  如图1所示,在一块通电的半导体薄片上,加上和片子表面垂直的磁场B,在薄片的横向两侧会出现一个电压,如图1中的VH,这种现象就是霍尔效应,是由科学家爱德文-霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。


a)霍尔效应和霍尔元件

 

  这种现象的产生,是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下,分别向片子横向两侧偏转和积聚,因而形成一个电场,称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反,它阻碍载流子继续堆积,直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时,片子两侧建立起一个稳定的电压,这就是霍尔电压。
  在片子上作四个电极,其中C1C2间通以工作电流IC1C2称为电流电极,C3C4间取出霍尔电压VHC3C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线,并将片子用塑料封装起来,就形成了一个完整的霍尔元件(又称霍尔片)。


2.2
霍尔器件
  霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类,前者是一个简单的霍尔片,使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。

  2.2.1 霍尔元件
  霍尔元件可用多种半导体材料制作,如GeSiInSbGaAsInAsInAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。
  InSbGaAs霍尔元件输出特性见图1(a)、图1(b).

2.2 霍尔器件
  霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类,前者是一个简单的霍尔片,使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。

  2.2.1 霍尔元件
  霍尔元件可用多种半导体材料制作,如GeSiInSbGaAsInAsInAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。
  InSbGaAs霍尔元件输出特性见图1(a)、图1(b).


a)霍尔效应和霍尔元件


bInSb霍尔元件的输出特性


(c)GaAs
霍尔元件的输出特性

1霍尔元件的结构和输出特性

这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。

 

2.2.2 霍尔电路
  2.2.2.1 霍尔线性电路
  它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例,它的功能框图和输出特性示于图2和图3
  这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度,适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3

 

  这些霍尔元件大量用于直流无刷电机和测磁仪表。

  2.2.2 霍尔电路
  2.2.2.1 霍尔线性电路
  它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例,它的功能框图和输出特性示于图2和图3
  这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度,适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3

2 霍尔线性电路的功能框图

3 霍尔线性电路UGN3501的磁电转换特性曲线

 

3 线性霍尔电路的特性参数

 

2.2.2.2 霍尔开关电路
  霍尔开关电路又称霍尔数字电路,由稳压器、霍尔片、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过导通阈值BOP时,霍尔电路输出管导通,输出低电平。之后,B再增加,仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时,输出管截止,输出高电平。我们称BOP为工作点,BRP为释放点,BOP-BRP=BH称为回差。  回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出,(b)表示双输出。它们的输出特性见图5,图5(a)表示普通霍尔开关,(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。
 
  一般规定,当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时,作用到霍尔电路上的磁场方向为正,北极接近标志面时为负。
  锁定型霍尔开关电路的特点是:当外加场B正向增加,达到BOP时,电路导通,之后无论B增加或减小,甚至将B除去,电路都保持导通态,只有达到负向的BRP时,才改变为截止态,因而称为锁定型。霍尔开关电路的性能参数见表4。
    2.2.2.3 差动霍尔电路(双霍尔电路)
  它的霍尔电压发生器由一对相距2.5mm的霍尔元件组成,其功能框图见图6。
    使用时在电路背面放置一块{yj}磁体,当用铁磁材料制成的齿轮从电路附近转过时,一对霍尔片上产生的霍尔电压相位相反,经差分放大后,使器件灵敏度大为提高。用这种电路制成的汽车齿轮传感器具有极优的性能。

  2.2.2.4 其它霍尔电路
  除上述各种霍尔器件外,目前还出现了许多特殊功能的霍尔电路,如功率霍尔电路,多重双线霍尔传感器电路,二维、三维霍尔集成电路等待。



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