霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作,如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等等。
霍爾元件主要基于霍爾效應(yīng),霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí),產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí),若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng),則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯,而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。關(guān)于霍爾效應(yīng)的詳細(xì)描述可以參考銀河百科:霍爾效應(yīng)。
霍爾元件具有許多優(yōu)點(diǎn),它們的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長(zhǎng),安裝方便,功耗小,頻率高(可達(dá)1MHZ),耐震動(dòng),不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。
霍爾線性器件的精度高、線性度好;霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高(可達(dá)μm級(jí))。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬,可達(dá)-55℃~150℃。
按照霍爾元件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。前者輸出模擬量,后者輸出數(shù)字量。
按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性,后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng),用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體,通過(guò)它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等,轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。
在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),霍爾電勢(shì)差UH與激勵(lì)電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成正比,與霍爾片的厚度δ成反比,即UH=RH*I*B/δ,式中的RH稱為霍爾系數(shù),它表示霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。另RH=μ*ρ即霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率ρ與電子遷移率μ的乘積。
霍爾靈敏度與霍爾系數(shù)成正比而與霍爾片的厚度δ成反比,即KH=RH/δ,它通常可以表征霍爾常數(shù)。
當(dāng)霍爾元件自身溫升10℃時(shí)所流過(guò)的激勵(lì)電流稱為額定激勵(lì)電流。
以霍爾元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流。
霍爾激勵(lì)電極間的電阻值稱為輸入電阻。
霍爾輸出電極間的電阻值稱為輸入電阻。
在不施加磁場(chǎng)的條件下,環(huán)境溫度每變化1℃時(shí),電阻的相對(duì)變化率,用α表示,單位為%/℃。
在沒(méi)有外加磁場(chǎng)和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下,在輸出端空載測(cè)得的霍爾電勢(shì)差稱為不等位電勢(shì)。
在外加磁場(chǎng)和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下,在輸出端空載測(cè)得的霍爾電勢(shì)差稱為霍爾輸出電壓。
霍爾不等位電勢(shì)與霍爾輸出電勢(shì)的比率
在外加磁場(chǎng)為零、霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí),霍爾電極輸出除了交流不等位電勢(shì)外,還有一直流電勢(shì),稱寄生直流電勢(shì)。
在沒(méi)有外加磁場(chǎng)和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下,環(huán)境溫度每變化1℃時(shí),不等位電勢(shì)的相對(duì)變化率。
在外加磁場(chǎng)和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下,環(huán)境溫度每變化1℃時(shí),不等位電勢(shì)的相對(duì)變化率。它同時(shí)也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)。
霍爾元件工作時(shí)功耗每增加1W,霍爾元件升高的溫度值稱為它的熱阻,它反映了元件散熱的難易程度,單位為:攝氏度/w。
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