霍尔传感器原理.pdf

磁电传感器 磁电效应 将材质均匀的金属或半导体通电并置于磁场中，所产 生的各种变化称为电磁效应。 在金属或半导体薄片中通以控制电流I，并在薄片的垂 直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电 流和磁场的方向上会产生电动势（霍尔电势）。这种 现象称为霍尔效应。 若给通有电流的金属或半导体薄片加以与电流方向垂 直的外磁场，不但产生霍尔效应，而且试件的电阻值 会变大。即产生磁阻效应。 霍尔效应 若将通有电流的导体置 UH 于磁场B之中，磁场B I （沿z轴）垂直于电流I H H （沿x轴）的方向，如图 所示，则在导体中垂直 于B和IH 的方向上出现一 个横向电位差UH 。 霍尔效应 霍尔效应的机理（一） 将一块厚度为d、宽度为b 、长度为L 的半导体薄片 （霍尔片）放置在磁场 B 中，磁场B沿Z轴正方向。当电流沿X轴正方向通过半导体时，若薄片中 的载流子 （设为自由电子）以平均速度v沿X轴负方向作定向运动，所受 的洛伦兹力为f =ev*B. B 在f 的作用下自由电子受力偏转，结果向板面 “I”积聚，同时在板面 B “Ⅱ”上出现同数量的正电荷。这样就形成一个沿Y轴负方向上的横向电 场，使自由电子在受沿Y轴负方向上的洛伦兹力fB 的同时，也受一个沿Y 轴正方向的电场力f 。设E为电场强度，U 为霍尔片I、Ⅱ面之间的电位差 E H U （即霍尔电压），则 H f E eE e b fE 将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有 f B f E U 即 evB e H b 或 UH vBb 霍尔效应的机理（二） 设载流子浓度为n，单位时间内体积为v·d·b里的载流子全部通过横 截面，则电流强度I 与载流子平均速度v的关系为 H I I vdbne 或 v H H dbne 将 I H vdbne 代入UH vBb 得UH 1 I H B ne d 1 式中 即为霍尔系数RH 。 ne 1 K 考虑霍尔片厚度d的影响，引进一个重要参数KH ， H ， ned 则 UH