霍爾元器件及基本電路
發布時間:2011/8/11 11:39:25 訪問次數:3904
1.霍爾元器件
基于霍爾效應原理工作的半導體元器件稱為霍爾元器件。目前最常用的霍爾元器件材料是鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)和砷化銦(InAs)等半導體材料。其中N形鍺容易加工制造,其霍爾系數、溫度性能與N形硅相似,都較好,輸出特性線性度也較好。銻化銦
對溫度最敏感,尤其在低溫范圍內,溫度系數大,但在室溫時其霍爾系數較大。砷化銦的翟爾系數較小,溫度系數也較小,輸出特性線性度好。不同霍爾元器件材料適用于不同的要求和應用場合,一般來說采用銻化銦作為敏感元器件比較合適;一般測量指示儀表中,大多采用鍺和砷化銦元器件。
霍爾元器件由霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片(一般為4mmx2mmXO.l mm),在它的長度方向兩端面上焊有兩根引線,控制電流端引線,通常用紅色導線。其焊接處稱為控制電流極(或稱激勵電極),要求焊接處接觸電阻很小,而且呈純電阻性質(歐姆接觸)。在薄片另一端面的中間以點的形式對稱地焊有兩根霍爾輸出端引線,通常用綠色導線。其焊接處稱為霍爾電極,要求歐姆接觸且電極寬度與長度之比要小于0.1,否則影響輸出。霍爾元器件的殼體是用非導磁金屬陶瓷或環氧樹脂封裝。
霍爾元器件的電磁特性包括控制電流(直流或交流)與霍爾輸出電勢之間的關系,即UH一I特性;霍爾輸出與磁場(恒定或交變)之間的關系,即UH -B特性;元器件的輸入或輸出電阻與磁場之間的關系,即R-B特性。下面加以簡單介紹。
在磁場和環境溫度一定時,霍爾輸出電動勢UH與控制電流,有良好的線性關系,其直線的斜率稱為控制電流靈敏度,以符號KI表示KI= KHB,
在控制電流恒定時,霍爾元器件的開路霍爾輸出隨磁感應強度的增加并不完全呈線性關系,只有當元器件工作在0.5T以下時,線性度才比較好。
實驗得出,霍爾元器件的內阻隨磁場的絕對值增加而增加,這種現象稱為磁阻效應。
2.基本電路
在電路中,霍爾元器件用兩種符號表示,如圖6-67所示。其型號是用H代表霍爾元器件,后面的字母代表元器件的材料,數字代表產品序號。如HZ-1元器件,說明是用鍺材料制成的霍爾元器件。HT-1元器件,說明是用銻化銦材料制成的元器件。
霍爾元器件的基本電路如圖6-68所示。控制電流由電源E供給。RP為調節電阻,調節控制電流的大小。霍爾輸出端接負載Rf,Rf可以是一般電阻,也可以是放大器的輸入電阻或指示器內阻。在磁場與控制電流的作用下,負載上就有電壓輸出。在實際使用時I或B,或兩者同時作為信號輸入,而輸出信號則正比于,或B,或兩者的乘積。由于建立霍爾效應所需的時間很短(10-12~10-14S),因此控制電流用交流時,頻率可以很高(幾千兆赫茲)。
3.霍爾元器件的溫度補償及零位補償
由于霍爾元器件是由半導體材料制成的,它的載流子遷移率、材料的電阻率及載流子濃度等都是溫度的函數,從而會因溫度變化而導致霍爾元器件性能,如內阻、霍爾電勢等產生誤差。為補償這種誤差,行之有效的辦法是在控制電流端并聯一介適當大小的電阻R,如圖6-69所示,并有下式關系成立。
R=βRo/α (6-36)
式中,風為霍爾元器件的內阻,可由測量獲得阻值;α為霍爾元器件靈敏度溫度系數;β為霍爾元器件內阻的溫度系數。
由于制作霍爾元器件時,不可能保證將霍爾電極焊在同一等位上。于是,電流流過元器件時,即使磁感應強度等于零,在霍爾電勢極上仍有電勢存在,該電勢稱為不等位電勢UO.這個不等位電勢可造成輸出的零位誤差,圖6-70是補償零位誤差的一種常用方法。 F06C15C
1.霍爾元器件
基于霍爾效應原理工作的半導體元器件稱為霍爾元器件。目前最常用的霍爾元器件材料是鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)和砷化銦(InAs)等半導體材料。其中N形鍺容易加工制造,其霍爾系數、溫度性能與N形硅相似,都較好,輸出特性線性度也較好。銻化銦
對溫度最敏感,尤其在低溫范圍內,溫度系數大,但在室溫時其霍爾系數較大。砷化銦的翟爾系數較小,溫度系數也較小,輸出特性線性度好。不同霍爾元器件材料適用于不同的要求和應用場合,一般來說采用銻化銦作為敏感元器件比較合適;一般測量指示儀表中,大多采用鍺和砷化銦元器件。
霍爾元器件由霍爾片、引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片(一般為4mmx2mmXO.l mm),在它的長度方向兩端面上焊有兩根引線,控制電流端引線,通常用紅色導線。其焊接處稱為控制電流極(或稱激勵電極),要求焊接處接觸電阻很小,而且呈純電阻性質(歐姆接觸)。在薄片另一端面的中間以點的形式對稱地焊有兩根霍爾輸出端引線,通常用綠色導線。其焊接處稱為霍爾電極,要求歐姆接觸且電極寬度與長度之比要小于0.1,否則影響輸出。霍爾元器件的殼體是用非導磁金屬陶瓷或環氧樹脂封裝。
霍爾元器件的電磁特性包括控制電流(直流或交流)與霍爾輸出電勢之間的關系,即UH一I特性;霍爾輸出與磁場(恒定或交變)之間的關系,即UH -B特性;元器件的輸入或輸出電阻與磁場之間的關系,即R-B特性。下面加以簡單介紹。
在磁場和環境溫度一定時,霍爾輸出電動勢UH與控制電流,有良好的線性關系,其直線的斜率稱為控制電流靈敏度,以符號KI表示KI= KHB,
在控制電流恒定時,霍爾元器件的開路霍爾輸出隨磁感應強度的增加并不完全呈線性關系,只有當元器件工作在0.5T以下時,線性度才比較好。
實驗得出,霍爾元器件的內阻隨磁場的絕對值增加而增加,這種現象稱為磁阻效應。
2.基本電路
在電路中,霍爾元器件用兩種符號表示,如圖6-67所示。其型號是用H代表霍爾元器件,后面的字母代表元器件的材料,數字代表產品序號。如HZ-1元器件,說明是用鍺材料制成的霍爾元器件。HT-1元器件,說明是用銻化銦材料制成的元器件。
霍爾元器件的基本電路如圖6-68所示。控制電流由電源E供給。RP為調節電阻,調節控制電流的大小。霍爾輸出端接負載Rf,Rf可以是一般電阻,也可以是放大器的輸入電阻或指示器內阻。在磁場與控制電流的作用下,負載上就有電壓輸出。在實際使用時I或B,或兩者同時作為信號輸入,而輸出信號則正比于,或B,或兩者的乘積。由于建立霍爾效應所需的時間很短(10-12~10-14S),因此控制電流用交流時,頻率可以很高(幾千兆赫茲)。
3.霍爾元器件的溫度補償及零位補償
由于霍爾元器件是由半導體材料制成的,它的載流子遷移率、材料的電阻率及載流子濃度等都是溫度的函數,從而會因溫度變化而導致霍爾元器件性能,如內阻、霍爾電勢等產生誤差。為補償這種誤差,行之有效的辦法是在控制電流端并聯一介適當大小的電阻R,如圖6-69所示,并有下式關系成立。
R=βRo/α (6-36)
式中,風為霍爾元器件的內阻,可由測量獲得阻值;α為霍爾元器件靈敏度溫度系數;β為霍爾元器件內阻的溫度系數。
由于制作霍爾元器件時,不可能保證將霍爾電極焊在同一等位上。于是,電流流過元器件時,即使磁感應強度等于零,在霍爾電勢極上仍有電勢存在,該電勢稱為不等位電勢UO.這個不等位電勢可造成輸出的零位誤差,圖6-70是補償零位誤差的一種常用方法。 F06C15C
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