霍尔元器件及基本电路
发布时间:2011/8/11 11:39:25 访问次数:4004
1.霍尔元器件
基于霍尔效应原理工作的半导体元器件称为霍尔元器件。目前最常用的霍尔元器件材料是锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)和砷化铟(InAs)等半导体材料。其中N形锗容易加工制造,其霍尔系数、温度性能与N形硅相似,都较好,输出特性线性度也较好。锑化铟
对温度最敏感,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。砷化铟的翟尔系数较小,温度系数也较小,输出特性线性度好。不同霍尔元器件材料适用于不同的要求和应用场合,一般来说采用锑化铟作为敏感元器件比较合适;一般测量指示仪表中,大多采用锗和砷化铟元器件。
霍尔元器件由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4mmx2mmXO.l mm),在它的长度方向两端面上焊有两根引线,控制电流端引线,通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极(或称激励电极),要求焊接处接触电阻很小,而且呈纯电阻性质(欧姆接触)。在薄片另一端面的中间以点的形式对称地焊有两根霍尔输出端引线,通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极,要求欧姆接触且电极宽度与长度之比要小于0.1,否则影响输出。霍尔元器件的壳体是用非导磁金属陶瓷或环氧树脂封装。
霍尔元器件的电磁特性包括控制电流(直流或交流)与霍尔输出电势之间的关系,即UH一I特性;霍尔输出与磁场(恒定或交变)之间的关系,即UH -B特性;元器件的输入或输出电阻与磁场之间的关系,即R-B特性。下面加以简单介绍。
在磁场和环境温度一定时,霍尔输出电动势UH与控制电流,有良好的线性关系,其直线的斜率称为控制电流灵敏度,以符号KI表示KI= KHB,
在控制电流恒定时,霍尔元器件的开路霍尔输出随磁感应强度的增加并不完全呈线性关系,只有当元器件工作在0.5T以下时,线性度才比较好。
实验得出,霍尔元器件的内阻随磁场的绝对值增加而增加,这种现象称为磁阻效应。
2.基本电路
在电路中,霍尔元器件用两种符号表示,如图6-67所示。其型号是用H代表霍尔元器件,后面的字母代表元器件的材料,数字代表产品序号。如HZ-1元器件,说明是用锗材料制成的霍尔元器件。HT-1元器件,说明是用锑化铟材料制成的元器件。
霍尔元器件的基本电路如图6-68所示。控制电流由电源E供给。RP为调节电阻,调节控制电流的大小。霍尔输出端接负载Rf,Rf可以是一般电阻,也可以是放大器的输入电阻或指示器内阻。在磁场与控制电流的作用下,负载上就有电压输出。在实际使用时I或B,或两者同时作为信号输入,而输出信号则正比于,或B,或两者的乘积。由于建立霍尔效应所需的时间很短(10-12~10-14S),因此控制电流用交流时,频率可以很高(几千兆赫兹)。
3.霍尔元器件的温度补偿及零位补偿
由于霍尔元器件是由半导体材料制成的,它的载流子迁移率、材料的电阻率及载流子浓度等都是温度的函数,从而会因温度变化而导致霍尔元器件性能,如内阻、霍尔电势等产生误差。为补偿这种误差,行之有效的办法是在控制电流端并联一介适当大小的电阻R,如图6-69所示,并有下式关系成立。
R=βRo/α (6-36)
式中,风为霍尔元器件的内阻,可由测量获得阻值;α为霍尔元器件灵敏度温度系数;β为霍尔元器件内阻的温度系数。
由于制作霍尔元器件时,不可能保证将霍尔电极焊在同一等位上。于是,电流流过元器件时,即使磁感应强度等于零,在霍尔电势极上仍有电势存在,该电势称为不等位电势UO.这个不等位电势可造成输出的零位误差,图6-70是补偿零位误差的一种常用方法。 F06C15C
1.霍尔元器件
基于霍尔效应原理工作的半导体元器件称为霍尔元器件。目前最常用的霍尔元器件材料是锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)和砷化铟(InAs)等半导体材料。其中N形锗容易加工制造,其霍尔系数、温度性能与N形硅相似,都较好,输出特性线性度也较好。锑化铟
对温度最敏感,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。砷化铟的翟尔系数较小,温度系数也较小,输出特性线性度好。不同霍尔元器件材料适用于不同的要求和应用场合,一般来说采用锑化铟作为敏感元器件比较合适;一般测量指示仪表中,大多采用锗和砷化铟元器件。
霍尔元器件由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片(一般为4mmx2mmXO.l mm),在它的长度方向两端面上焊有两根引线,控制电流端引线,通常用红色导线。其焊接处称为控制电流极(或称激励电极),要求焊接处接触电阻很小,而且呈纯电阻性质(欧姆接触)。在薄片另一端面的中间以点的形式对称地焊有两根霍尔输出端引线,通常用绿色导线。其焊接处称为霍尔电极,要求欧姆接触且电极宽度与长度之比要小于0.1,否则影响输出。霍尔元器件的壳体是用非导磁金属陶瓷或环氧树脂封装。
霍尔元器件的电磁特性包括控制电流(直流或交流)与霍尔输出电势之间的关系,即UH一I特性;霍尔输出与磁场(恒定或交变)之间的关系,即UH -B特性;元器件的输入或输出电阻与磁场之间的关系,即R-B特性。下面加以简单介绍。
在磁场和环境温度一定时,霍尔输出电动势UH与控制电流,有良好的线性关系,其直线的斜率称为控制电流灵敏度,以符号KI表示KI= KHB,
在控制电流恒定时,霍尔元器件的开路霍尔输出随磁感应强度的增加并不完全呈线性关系,只有当元器件工作在0.5T以下时,线性度才比较好。
实验得出,霍尔元器件的内阻随磁场的绝对值增加而增加,这种现象称为磁阻效应。
2.基本电路
在电路中,霍尔元器件用两种符号表示,如图6-67所示。其型号是用H代表霍尔元器件,后面的字母代表元器件的材料,数字代表产品序号。如HZ-1元器件,说明是用锗材料制成的霍尔元器件。HT-1元器件,说明是用锑化铟材料制成的元器件。
霍尔元器件的基本电路如图6-68所示。控制电流由电源E供给。RP为调节电阻,调节控制电流的大小。霍尔输出端接负载Rf,Rf可以是一般电阻,也可以是放大器的输入电阻或指示器内阻。在磁场与控制电流的作用下,负载上就有电压输出。在实际使用时I或B,或两者同时作为信号输入,而输出信号则正比于,或B,或两者的乘积。由于建立霍尔效应所需的时间很短(10-12~10-14S),因此控制电流用交流时,频率可以很高(几千兆赫兹)。
3.霍尔元器件的温度补偿及零位补偿
由于霍尔元器件是由半导体材料制成的,它的载流子迁移率、材料的电阻率及载流子浓度等都是温度的函数,从而会因温度变化而导致霍尔元器件性能,如内阻、霍尔电势等产生误差。为补偿这种误差,行之有效的办法是在控制电流端并联一介适当大小的电阻R,如图6-69所示,并有下式关系成立。
R=βRo/α (6-36)
式中,风为霍尔元器件的内阻,可由测量获得阻值;α为霍尔元器件灵敏度温度系数;β为霍尔元器件内阻的温度系数。
由于制作霍尔元器件时,不可能保证将霍尔电极焊在同一等位上。于是,电流流过元器件时,即使磁感应强度等于零,在霍尔电势极上仍有电势存在,该电势称为不等位电势UO.这个不等位电势可造成输出的零位误差,图6-70是补偿零位误差的一种常用方法。 F06C15C
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