表的内阻。由于霍尔元件必须在磁场与控制电流作用下，才会产
生霍尔电势UH，所以在测量中，可以把I与B的乘积、或者 I，或者 B作为输入2信．号连，接则方式霍尔元件的输出电势分别正比于IB或 I 或B。
为了获得较大的霍尔输出电势，可以 采用几片叠加的连接方式。下图(a)为直 流供电，控制电流端并联输出串联。下图 (b)为交流供电，控制电流端串联变压器 叠加输出。
为
UH＝5mV/mA·kGs×5mA×10-3kGs＝25μV
最大输出电势为
UH＝5mV/mA·kGs×5mA×10kGs＝250mV
故要选择低噪声、低漂移的放大器作为前级放大。当霍尔元件作开
关使用时，要选择灵敏度高的霍尔器件。例如，KH＝20mV/mA·kGs，
如果控制电流为2mA，施加一个300Gs的磁场，则输出霍尔电势为
3．霍尔电势的输出电路
霍尔器件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电势一般 在级毫，伏实量际使用中必须加差 分放大器。霍尔元件大体
分为线性测量和开关状态
两种使用方式，因此，输
出电路有如右图所示两种
结构。当霍尔元件作线性
测量时，最好选用灵敏度
低一点、不平衡电势U0小、 稳尔线定元性性件测和。例量线如元性，件度选测优用量良K1HG的＝s～霍5m1V0/kmGAs·的k磁Gs场，，控则制霍电尔流器为件5m最A的低霍输尔出元电件势作UH
因为在工艺上难以保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一等电位面 上。如下图(a)所示。当控制电流I流过时，即使末加外磁场，A、 B两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为不等位电势（不平衡
2．输入电阻Ri和输出电阻R0 Ri是指流过控制电流的电极（简称控制电极）间的电阻 值，R0是指霍尔元件的霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间的 电阻，单位为Ω。可以在无磁场即B＝0时，用欧姆表等测量。 3．不平衡电势U0 在额定控制电流 I 之下，不加磁场时，霍尔电极间的
空载霍尔电势称为不平衡(不等)电势，单位为mV。不平衡电势和
霍尔效应是
导体中自由电荷受洛仑 兹力作用而产生的。设 霍尔元件为N型半导体，
UH I
I
当它通以电流 I 时，
半导体中的电子受到磁
场中洛仑兹力FL的作用，
其大小为
式中υ为电子速度，B为垂直于霍尔元件表面的磁感应强度。在FL 的作用下，电子向垂直于B和υ的方向偏移，在器件的某一端积聚
负电荷，另一端面则为正电荷积聚。
第3章 半导体传感器
3.1 磁敏式传感器
阻(InSb，InAs)；后者有磁敏二极管(Ge,Si)、磁敏晶体 管(Si)。磁敏传感器的应用范围可分为模拟用途和数字用途两种。 例如利用霍尔传感器测量磁场强度，用磁敏电阻、磁敏二极管作 无接触式开关等。
3.1.1 霍尔传感器
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器， 有普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关式的 霍尔元件。由于霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、 体积小和耐高温等特件应用于非电量测量、自动控制、计算机装 置和现代军事技术等各个领域。
流为 I 时dt ，
式中bd为与电流方向垂直的截面积，n为单位体积内自由电子数
(载流子浓度)。则 IB
U H ned
3．霍尔系数及灵敏度
1 令 RH ne
则
UH
RH
IB d
霍尔电势
IB UH ned
1 ne
1 d
IB
1 ne d
IB

RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。由于金属导体内的载流子浓
四、霍尔元件的测量误差和补偿方法 霍尔元件在实际应用时,存在多种因素影响其测量精度,
造成测量误差的主要因素有两类：一类是半导体固有特性；另一 类为半导体制造工艺的缺陷。其表现为零位误差和温度引起的误 差。
1．零位误差及补偿方法 零位误差是霍尔元件在加控制电流或不加外磁场时，而
出现的霍尔电势称为零位误差。不平衡电势U0是主要的零位误差。
位为1／℃。一般取不同温度时的平均值。
6．灵敏度KH
其定义向前述。有时某些产品给出无负载时灵敏度（在某 一控制电流和一定强度磁场中、霍尔电极间开路时元件的灵敏度）。
三、霍尔元件连接方式和输出电路 1．基本测量电路
控制电流 I 由电源E供给，电位器W调节控制电流I的大小。 霍尔元件输出接负载电阻RL，RL可以是放大器的输入电阻或测量仪
度大于半导体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔系数大于导体。
令
KH
RH d
则 U H K H IB
KH为霍尔元件的灵敏度。
由上述讨论可知，霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍 尔系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关。一般要求霍尔元件灵
敏度越大越好，霍尔元件灵敏度的公式可知，霍尔元件的厚度 d 与 KH成反比。
电荷的聚积必将产生静电场，即为霍尔电场，该静电场对电子的作
用力为FE与洛仑兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，
电子的积累达到动平衡， 即 eB e U H
b
UH I
I
所 U H bB 以 。设流I 过dQ霍尔bd元 n件(的e)电
二、霍尔元件的主要技术参数
1．额定功耗P0 霍尔元件在环境温度T＝25℃时，允许通过霍尔元件的 控制电流 I 和工作电压 V 的乘积即为额定功耗。一般可分为最
小、典型、最大三档，单位为mw。当供给霍尔元件的电压确定后，
根据额定功耗可以知道额定控制电流 I 。有些产品提供额定控
制电流和电压，不给出额定功耗。
额定控制电流 I 之比为不平衡电阻r0。 4．霍尔电势温度系数α
在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化1℃时，
霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数α，单位为1／℃。
5．内阻温度系数β
霍尔元件在无磁场及工作温度范围内，温度每变化1℃时，
输入电阻只Ri与输出电阻R0变化的百分率称为内阻温度系数β，单
1．霍尔效应
长为L、宽为b、厚为d 的导体（或半导体）薄片，被置于
磁感应强度为B的磁场中（平面与磁场垂直），在与磁场方向正交
的两边通以控制电流 I，则在导体另外两边将产生一个大小与控制
电流 I 和磁感应强度 B乘积成正比的电势UH，且UH＝KHIB，其中KH
为霍尔元件的灵敏度。这一现象称为霍尔效应,该电势称为霍尔电 势,半导体薄2 片．就工是作霍原尔元件。 理