什么是霍尔
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发布时间：2022-04-26 16:02
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热心网友
时间：2022-07-13 18:23
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时间：2022-07-13 19:41
霍尔元件应用的基本原理是霍尔效应。
霍尔效应是一种磁敏效应，一般在半导体薄片的长度X方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在宽度Y方向上会产生电动势UH，这种现象即称为霍尔效应。UH称为霍尔电势，其大小可表示为：
UH=RH/d*IC*B （1）
式中，RH称为霍尔系数，由半导体材料的性质决定；d为半导体材料的厚度。
设RH/d=K,则式（1）可写为：
UH=K*IC*B (2)
可见，霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比，K称为乘积灵敏度。K值越大，灵敏度就越高；元件厚度越小，输出电压也越大。
在式（2）中，若控制电流IC,为常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以做成霍尔电流传感器；另外，若仍固定IC为常数，B与被测电压成正比，又可制成霍尔电压传感器。
一、霍尔元件的工作原理
所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。
霍尔电位差UH的基本关系为
UH=RH*I*B/d （18）
RH=1/n*q（金属） （19）
式中
RH——霍尔系数：
n——单位体积内载流子或自由电子的个数
q——电子电量；
I——通过的电流；
B——垂直于I的磁感应强度；
d——导体的厚度。
对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式与式（19）不同，此处从略。
由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。
霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
二、霍尔元件的特性：
1、霍尔系数（又称霍尔常数）RH
在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即U =RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。 另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。
2、霍尔灵敏度KH（又称霍尔乘积灵敏度）
霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通常可以表征霍尔常数。
3、霍尔额定激励电流
当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。
4、霍尔最大允许激励电流
以霍尔元件允许最大温升为*所对应的激励电流称为最大允许激励电流。
5、霍尔输入电阻
霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
6、霍尔输出电阻
霍尔输出电极间的电阻值称为输入电阻。
7、霍尔元件的电阻温度系数
在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃。
8、霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点）
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。
9、霍尔输出电压
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。
10、霍尔电压输出比率
霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率
11、霍尔寄生直流电势
在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。
12、霍尔不等位电势
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
13、霍尔电势温度系数
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。它同时也是霍尔系数的温度系数。
14、热阻Rth
霍尔元件工作时功耗每增加1W，霍尔元件升高的温度值称为它的热阻，它反映了元件散热的难易程度，单位为： 摄氏度/w
