霍爾翼片開關就是利用遮斷工作方式的一種產品,它的外形如圖所示。
霍爾翼片開關的內部結構及工作原理如圖:
翼片未進入工作氣隙時,霍爾開關電路處于導通態(tài)。翼片進入后,遮斷磁力線,使開關變成截止態(tài),它的狀態(tài)轉變的位置非常精確,在125℃的溫度范圍內位置重復精度可達50nm。
如圖1所示,在一塊通電的半導體薄片上,加上和片子表面垂直的磁場B,在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓,如圖1中的VH,這種現(xiàn)象就是霍爾效應,是由科學家愛德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。VH稱為霍爾電壓。
這種現(xiàn)象的產生,是因為通電半導體片中的載流子在磁場產生的洛侖茲力的作用下,分別向片子橫向兩側偏轉和積聚,因而形成一個電場,稱作霍爾電場;魻栯妶霎a生的電場力和洛侖茲力相反,它阻礙載流子繼續(xù)堆積,直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時,片子兩側建立起一個穩(wěn)定的電壓,這就是霍爾電壓。
在片子上作四個電極,其中C1、C2間通以工作電流I,C1、C2稱為電流電極,C3、C4間取出霍爾電壓VH,C3、C4稱為敏感電極。將各個電極焊上引線,并將片子用塑料封裝起來,就形成了一個完整的霍爾元件(又稱霍爾片)。
在上述(1)、(2)、(3)式中VH是霍爾電壓,ρ是用來制作霍爾元件的材料的電阻率,μn是材料的電子遷移率,RH是霍爾系數(shù),l、W、t分別是霍爾元件的長、寬和厚度,f(I/W)是幾何修正因子,是由元件的幾何形狀和尺寸決定的,I是工作電流,V是兩電流電極間的電壓,P是元件耗散的功率。由(1)~(3)式可見,在霍爾元件中,ρ、RH、μn決定于元件所用的材料,I、W、t和f(I/W)決定于元件的設計和工藝,霍爾元件一旦制成,這些參數(shù)均為常數(shù)。因此,式(1)~(3)就代表了霍爾元件的三種工作方式所得的結果。(1)式表示電流驅動,(2)式表示電壓驅動,(3)式可用來評估霍爾片能承受的最大功率。