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霍尔元件的应用

发布时间:2012-11-06

霍尔元件的应用


霍尔元件的定义


霍尔元件应用很广泛,定义如下:霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速,如录象机的磁鼓,电脑中的散热风扇等;是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。
霍尔元件
图一:霍尔元件

霍尔元件的优点

霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1 MHz),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃。霍尔元件应用非常广泛,例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制。

霍尔元件
图二:霍尔器件和工作磁体间的运动方式

霍尔元件原理

在均匀强磁场B中放入一块板状金属导体,并与磁场B方向垂直如图1,在金属板中沿与磁场B垂直的方向通以电流I的时候,在金属板上下表面之间会出现横向电势差UH 这种现象称为霍尔效应,电势差UH 称为霍尔电势差。进一步的观察实验还指出,霍尔电势差UH 大小与磁感应强度B和电流强度I的大小都成正比,而与金属板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d (V); 式中RH——(m3C-1)仅与导体材料有关,称为霍尔系数。当时虽然发现了霍尔效应现象,但在发现电子以前,人们不知道导体中的载流子是什么,不能从电子运动的角度加以解释霍尔效应的物理现象,现在我们按电子学理论对霍尔效应做了如下的解释:金属中的电流就是自由电子的定向流动,运动中的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用。设电子以定向速度 运动,在磁场B中( ),电子就要受到力f=-e 的作用,沿着f所指的方向漂移,从而使导体上表面积累过多的电子,下表面出现电子不足,从而在导体内产生方向向上的电场。当这电场对电子的作用力-eEH 正好与磁场作用力f相平衡时,达到稳定状态。

霍尔元件
图三:霍尔速度传感器的内部结构
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