霍尔电极

基本结构与位置

霍尔元件由霍尔片、引脚和壳体三部分组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，典型尺寸为4 mm×2 mm×0.1 mm。在薄片长度方向焊有两根控制电流端引线a和b，其焊点称为激励电极；在薄片另两侧端面的中央，以点的形式对称地焊有c和d两根输出引线，其焊点称为霍尔电极。壳体用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。课件中的分层结构进一步表明，霍尔元件可置于衬底之上，上方为磁性体顶端，各部分通过电极引线连接。

电极引出电势的原理

当激励电极a、b间通入控制电流I，且薄片处于垂直于片面的磁感应强度B中时，载流子受洛伦兹力偏转，在薄片两侧建立横向电场，达到平衡后在两侧端面之间形成霍尔电势U_H。霍尔电极c、d焊在两侧端面的中央，其作用是引出该电势。理想情况下，霍尔电极应位于同一等位线上：未加磁场时，若两霍尔电极严格对称且材料均匀，则它们处于同一等位位置，输出电势为零。

点接触与宽度影响

理想条件要求控制电极是良好的面接触，霍尔电极是点接触。实际霍尔电极具有一定宽度S。当S/L<0.1时（L为霍尔片沿电流方向的长度），电极宽度对输出的影响可以忽略；随着S/L比值增大，霍尔电压U_H随磁感应强度B的增长速率逐渐降低，即输出灵敏度下降。因此，为减小误差，应使霍尔电极尽量窄，并保证对称。

不等位电动势与电极位置

若霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上，则未加磁场时两电极间仍有电势差，称为不等位电动势U_o。其大小用不等位电阻r_o表示：

式中U_o为不等位电动势（单位V），I为激励电流（单位A），r_o单位Ω。产生不等位电阻的原因还包括半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不对称，以及激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配。不等位电动势是零位误差中最主要的一种，其数量级可与霍尔电动势相当，甚至超过霍尔电压。

符号与单位

霍尔电极通常用c、d或2、2'表示；激励电极用a、b或1、1'表示。霍尔电势U_H单位V，磁感应强度B单位T，控制电流I单位A，灵敏度K_H单位V/(A·T)或mV/(mA·T)。