霍尔效应传感器的基本原理

admin

当以一定角度穿过一片材料的磁场影响到在此材料中流动的电流时就会产生霍尔电压。霍尔片通常是一片矩形的半导体材料，作为有源元件或“有源区域”产生霍尔电压（图1）。霍尔片有给定的长度l、宽度w和厚度t。

图1：可以用直流磁场产生和测量霍尔电压。
测量霍尔电压
对于与霍尔片正交的磁通量矢量来说，最大霍尔电压VH就是霍尔片磁场灵敏度γB 与磁场通量密度B的乘积，即：
VH = γBB
这是在霍尔片上可以测得的最大霍尔电压。当霍尔片表面与磁通量矢量不是正交而是呈一个角度θ时，霍尔电压VH等于：
VH = γBB × sinθ
电流I流经长度为l的霍尔片。电流是在触点Ic（+）和Ic（-）之间流动的。磁场处于z方向，也就是说正交于霍尔片平面。由磁场施加的力被称为洛伦兹力，它迫使电荷载体（空穴或电子）沿着图示线条曲线向霍尔片边缘移动。这个力是载流子速度和磁场强度的一个系数。最终在宽度为w的材料的触点VH（+）和VH（-）之间测到的霍尔电压正比于磁场的通量密度。
仪器配置
霍尔效应传感器的支持设备包括用于提供电流Ic的电流源和用于测试触点VH（+）和VH（-）之间霍尔电压的电压表。有些方案还采用负载电阻RL用于电压测量，如图2所示。许多类型的霍尔效应仪器提供这种支持电路的某个部分作为测量系统的有机组成部分。来自触点VH（+）和VH（-）的电压引线可以直接连接到高阻电压表进行读数，或连接到其它电路进行放大、调整和处理。（使用交流源和锁相放大器的更复杂系统也可以用，但不在本文讨论范围内）

图2：仪器中使用的霍尔发生器的典型配置。