霍爾式傳感器的工作原理

　　霍爾式傳感器在人們的生活中發(fā)揮了很大的作用，那么霍爾式傳感器的工作原理是什么呢?它是怎么實(shí)現(xiàn)剎量的呢?聚英電子來介紹一下霍爾式傳感器的工作原理，測(cè)量誤差補(bǔ)償是如何實(shí)現(xiàn)的。

　　霍爾式傳感器，利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行刻星的一種磁敏式傳感器。它可以直接測(cè)隨磁場(chǎng)和做位移量，應(yīng)用于電池測(cè)量、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量領(lǐng)域。目前霍爾傳感器已從分立元件發(fā)展到集成電路的階段，正越來越受人們的重視，應(yīng)用日益廣泛。

　　一、電流與電壓

　　電荷可以激發(fā)電場(chǎng)，并對(duì)置于電場(chǎng)中的其他電荷產(chǎn)生電場(chǎng)力的作用，類似于地球周圍的重力場(chǎng)可以對(duì)人產(chǎn)生重力作用。電荷量越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，相同距離間的電場(chǎng)力作用就越明顯，這個(gè)作用就是電壓。

　　也就是說，電壓越大，表明電場(chǎng)越強(qiáng)，對(duì)電荷的作用力就越大。又因?yàn)椋瑢?dǎo)體中存在大量自由電子(負(fù)電荷)，所以，若給導(dǎo)體施加電壓，就相當(dāng)于在導(dǎo)體內(nèi)部施加了個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，在這個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)的作用力下，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子因受到力的作用發(fā)生定向移動(dòng)，這就是電流。且電壓越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，受到電場(chǎng)力發(fā)生移動(dòng)的電荷(自由電子)就越多，電流就越大。換言之，電流一方面表明了電荷的定向移動(dòng)，一方面又表示了移動(dòng)的電荷量(單位時(shí)間通過導(dǎo)體截面的電荷量)。

　　另外，電場(chǎng)方向?yàn)殡妷赫龢O指向電壓負(fù)極，或者說，電場(chǎng)方向?yàn)檎姾芍赶蜇?fù)電荷。由于電荷之間同性相斥，異性相吸，若正電荷處于電場(chǎng)中，就會(huì)受到電場(chǎng)力從電壓正極跑向負(fù)極，這個(gè)跑向就是電流正方向，所以把電流從電壓正極流向負(fù)極的這種方向關(guān)系稱為關(guān)聯(lián)參考方向。

　　二、洛倫茲力

　　洛倫茲力屬于電磁力的一種。電磁力包括宏觀上的安培力以及微觀上的洛倫茲力。所謂電磁力，是指通電導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷處于磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力。因?yàn)橥妼?dǎo)體本質(zhì)是其內(nèi)部電荷的定向移動(dòng)，大量運(yùn)動(dòng)電荷，每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷都受到洛倫茲力的作用，在宏觀上就表現(xiàn)為導(dǎo)體所受到的安培力(各個(gè)洛倫茲力的合力)。

　　洛倫茲力的方向判斷用左手定則，磁力線從掌心穿過，四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向(即電流正方向)，拇指指向即為洛倫茲力方向，在這個(gè)力的作用下，正電荷的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

　　若運(yùn)動(dòng)電荷帶負(fù)電，四指指向?qū)⑾喾?因?yàn)樨?fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與電流正方向相反)，根據(jù)左手定則，可以發(fā)現(xiàn)，同一磁場(chǎng)中，正、負(fù)電荷所受到的洛倫茲力方向相反。毫無疑問，磁場(chǎng)越強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)電荷所受到的洛倫茲力就越大。

　　已知電壓電流與洛倫茲力的含義，那么我們對(duì)霍爾效應(yīng)的理解就會(huì)顯得尤為簡(jiǎn)單。

　　三、霍爾效應(yīng)

　　霍爾效應(yīng)由物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單來說就是給半導(dǎo)體通電并將其置于磁場(chǎng)中，該半導(dǎo)體將會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)電壓。給一半導(dǎo)體通電，將有電流流過，電流由自由電子定向移動(dòng)形成。

　　將磁體靠近通電的半導(dǎo)體，此時(shí)半導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中。顯然，半導(dǎo)體中定向移動(dòng)的自由電子就會(huì)受到洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則，磁力線從上往下穿過半導(dǎo)體，電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗闹阜捶较?，則拇指為電子偏轉(zhuǎn)方向。

　　另外，在半導(dǎo)體中，電荷除了自由電子外，還有失去電子的空穴(或者說離子，帶正電)，帶有等量異性電荷，分別處于半導(dǎo)體兩側(cè)。由于異性電荷分別聚集在半導(dǎo)體兩側(cè)，這就會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成內(nèi)電場(chǎng)，即正負(fù)電荷之間的空間存在電場(chǎng)。

　　電場(chǎng)的建立，相當(dāng)于有了電壓的存在，此時(shí)用電壓表測(cè)半導(dǎo)體兩側(cè)，必然會(huì)有具體電壓值，這個(gè)電壓被稱為霍爾電壓或霍爾電勢(shì)差。

　　結(jié)合上文所言的洛倫茲力，磁場(chǎng)越強(qiáng)，所能束縛的運(yùn)動(dòng)電荷就越多，那么半導(dǎo)體兩側(cè)聚集的異性電荷就越多，所建立的內(nèi)電場(chǎng)就越強(qiáng)，即兩側(cè)的電壓越大。

　　霍爾式傳感器的常見的產(chǎn)生誤差的因素有:半號(hào)體本身應(yīng)有的特性、半導(dǎo)體制造工藝水平、環(huán)境溫度變化、霍爾傳感器的安裝是否合理等，測(cè)量誤差一般表現(xiàn)為零誤差和溫度誤差。

　　零位誤差及其補(bǔ)償

　　當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流不再為零時(shí)，若所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。則霍爾電勢(shì)仍應(yīng)為零，但實(shí)際中若不為零，則此時(shí)空載的霍爾電勢(shì)稱為零位誤差。

　　溫度誤差及補(bǔ)償

　　由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度都隨溫度而變化，用此材料制成的霍爾元件的性能參數(shù)必然隨溫度而變化，致使霍爾電勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差。

　　為了減小溫度誤差，除選用溫度系數(shù)0較小的材料，還可以來取一些恒溫措施?；蛘卟捎煤懔髟椿蚝銐涸磁浜涎a(bǔ)償電阻供電，這樣可以減小元件內(nèi)阻隨溫度變化而引起的控制電流變化。