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1、磁电传感器磁电效应将材质均匀的金属或半导体通电并置于磁场中，所产生的各种变化称为电磁效应。在金属或半导体薄片中通以控制电流I,并在薄片的垂 直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势（霍尔电势）。这种现象称为霍尔效应。&若给通有电流的金属或半导体薄片加以与电流方向垂直的外磁场，不但产生霍尔效应，而且试件的电阻值会变大。畤虫磁阻效应。霍尔效应若将通有电流的导体置 于磁场B之中，磁场B（沿z轴）垂直于电流仏霍尔效应（沿x轴）的方向，如图 所示，则在导体中垂直 于B和仿的方向上出现一 个横向电位差4。方为霍尔畀I、II而Z间“J电位差霍尔效应的机理（一）将一块厚度为d
2、、宽度为b、长度为L的半导体薄片（霍尔片）放置在磁场 B中，磁场B沿Z轴正方向。当电流沿X轴正方向通过半导体时，若薄片中 的载流子（设为自由电子）以平均速度u沿X轴负方向作定向运动，所受 的洛伦兹力为fB=evB.在心的作用下自由电子受力偏转，结果向板面积聚，同时在板而 “II”上出现同数量的正电荷。这样就形成一个沿Y轴负方向上的横向电 场，使自由电子在受沿Y轴负方向上的洛伦兹力汗的同时，也受一个沿Y 轴正方向的电场力心。设E为电场强度，U.（即霍尔电压） 兀将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有fB = fE 或 Ujj = vBb霍尔效应的机理（二）设载流子浓度为n,单位时间内体积为sdb里
3、的载流子全部通过横 截面，则电流强度与载流子平均速度曲勺关系为TIH = vdbne 或 v 二一Hdbne将IH = vdbne代入叭=vBb得叭二丄ne d式中一即为霍尔系数/?h。nen考虑霍尔片厚度d的影响，引进一个重要参数,心=厶，nned则Uh二vEb式可写为UH =KhIhBKh称为霍尔元件的灵敏度。霍尔电压的特性1 在一定的工作电流人下，霍尔电压S与外磁场磁感应强 度B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。2在一定的外磁场中, 强度仿（工作电流） 原理。Kh【h霍尔电压比与通过霍尔片的电流 成正比。这就霍尔效应检测电流的IH =khb霍尔效应的副效应(二)在测量霍尔电压时，会伴
4、随产生一些副效应，影响到测量的精确度, 这些副效应是：1. 不等位效应由于制造工艺技术的限制，霍尔元件的电位极不可能接在同一等 位面上，因此，当电流Ih流过霍尔元件时，即使不加磁场，两电 极间也会产生一电位差，称不等位电位差U。显然，U。只与电流 lc有关，而与磁场无关。2. 埃廷豪森效应(Etinghausen effect)由于霍尔片内部的载流子速度服从统计分布，有快有慢，由于它 们在磁场中受的洛伦兹力不同，则轨道偏转也不相同。动能大的 载流子趋向霍尔片的一侧，而动能小的载流子趋向另一侧，随着 载流子的动能转化为热能，使两侧的温升不同，形成一个横向温 度梯度，引起温差电压Ue，Ue的正负与
5、咕、B的方向有关。3. 能斯特效应(Nernst effect)由于两个电流电极与霍尔片的接触电阻不等，当有电流通过时，在 两电流电极上有温度差存在，出现热扩散电流，在磁场的作用下, 建立一个横向电场En，因而产生附加电压Un。Un的正负仅取决 于磁场的方向。4里纪勒杜克效应(RighiLeduc effect)由于热扩散电流的载流子的迁移率不同，类似于埃廷豪森效应中载 流子速度不同一样，也将形成一个横向的温度梯度而产生相应的 温度电压Url，Url的正、负只与B的方向有关，和电流咕的方向 无关。霍尔效应的副效应的消除方法由于附加电压的存在，实测的电压，既包括霍尔电压Uh，也包括U。、Ue、
6、5和Url等这些附加电压，形成测量中的系统误差来源。但我们利用这 些附加电压与电流咕和磁感应强度B的方向有关，测量时改变咕和B的方 向基本上可以消除这些附加误差的影响。具体方法如下：当(+B, +IH)时测量，5 = Uh+Uo+Ue+Un+Url(1)当(+B,咕)时测量，U2=-UH-U0-UE+UN + URL (2)当(-B, -lH)时测量，U3=UH-U0+UE-UN-URL (3)当(-B, +咕)时测量，U4=-UH+U0-UE-UN-URL (4) 式(1) - (2) + (3) 一(4)并取平均值，则得Uh +Ue=*(U-6+U3-U 这样处理后，除埃廷豪森效应引起的附加电压外，其它几个主要的附加电 压全部被消除了。但因Ue,实愜关心的回题星示 波器和探头组合的总的带宽。这一系蔬祥能最纟决定测臺的性能。苴流能歸齢轡髒芯貓豔:不幸的是，把一个探头接入一台示波器将导致带宽性能的降低。 例如，使用一台100兆赫示波器及100兆赫探头，将导致测量系 统的性能低于兆赫100兆赫。应和UR时间常数的减小结果是减台匕电流感应性能。一些交流电流探头提供电流抵偿选项，以使直流
