霍爾元件原理介紹及其應(yīng)用

圖4 定電壓驅(qū)動(dòng)之二

圖5 定電流驅(qū)動(dòng)之一

圖6 定電流驅(qū)動(dòng)之二

圖7 霍爾傳感器不平衡調(diào)整方法

在一個(gè)結(jié)晶片中形成有霍爾組件及放大并控制其輸出電壓的電路而具有磁場(chǎng) ─ 電氣變換機(jī)能的固態(tài)組件稱為霍爾集成電路。
外觀構(gòu)造
如圖2-19 所示，具有與樹(shù)脂封閉型晶體管、集成電路等相同的構(gòu)造，即多半呈現(xiàn)在大小5mm 見(jiàn)方、厚3mm 以下的角形或長(zhǎng)方形板狀組件上附設(shè)四根導(dǎo)線的構(gòu)造。導(dǎo)線系由金屬薄片所形成，各個(gè)金屬薄片上均附有半導(dǎo)體結(jié)晶片(通常為硅芯片)，而在結(jié)晶體中利用集成電路技術(shù)形成有霍爾組件及信號(hào)處理電路。為防止整個(gè)組件性能的劣化，通常利用樹(shù)脂加以封閉，另外為了使磁場(chǎng)的施加容易起見(jiàn)，其厚度也盡量減薄。

圖8 霍爾集成電路的構(gòu)造

作用原理
磁場(chǎng)強(qiáng)度可利用形成在結(jié)晶片的一部份的霍爾組件變換成電氣信號(hào)(參照前述霍爾組件的作用原理)。結(jié)晶通常使用半導(dǎo)體硅，霍爾組件的磁場(chǎng)靈敏度為10～20mV/K.Oe。此信號(hào)經(jīng)形成在同一結(jié)晶中的信號(hào)處理電路放大后，作為適合所定目的的信號(hào)電壓被取出。通常四根導(dǎo)線中的兩根連接于一方接地的電源，而從剩下的兩根的一根取出正極性的信號(hào)電壓，并從另一根取出負(fù)極性的信號(hào)電壓?；魻柦M件的輸入電阻通常需符合信號(hào)處理電路的電源，以便可利用定電壓使用霍爾組件。此時(shí)組件的輸出電壓不管在N 型或P 型均無(wú)大差異。又因輸出電壓與電子或正孔的移動(dòng)度成正比，故溫度特性也應(yīng)該盡量保持一定，這是與單體霍爾組件不同的地方。
種類(lèi):
依輸出信號(hào)的性質(zhì)加以分類(lèi)時(shí)如表1所示。如圖9所示，線性型(Linear type)霍爾集成電路可以獲得與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的輸出電壓。磁場(chǎng)靈敏度雖然可利用電路的放大度加以調(diào)節(jié)，但在高靈敏度時(shí)，比例范圍會(huì)變窄(雖電源5V 使靈敏度達(dá)到10mV/Oe，但比例范圍在500Oe以下)。

表1 依輸出電壓分類(lèi)時(shí)的種類(lèi)

(a)線性型 (b)開(kāi)關(guān)型

圖9 霍爾集成電路的輸出特性

開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路可在一定范圍的磁場(chǎng)中獲得ON-OFF的電壓，此開(kāi)關(guān)型對(duì)磁場(chǎng)的磁滯(Hysteresis)現(xiàn)象，乃是為使開(kāi)關(guān)動(dòng)作更為霍爾集成電路線性型確實(shí)起見(jiàn)而故意如此設(shè)計(jì)的。
依照制造方法加以分類(lèi)時(shí)如表2 所示，但任何一種制造方法雖然均可獲得同樣的特性，在現(xiàn)階段中，雙極性型霍爾集成電路已開(kāi)始進(jìn)入商品化的階段。

表2依制造方法分類(lèi)時(shí)的種類(lèi)