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    霍尔效应原理发现应用

    2019-06-06 14:21:54 4606

    霍尔效应原理发现应用

    一、霍尔效应的发现

    美国物理学家1879年霍尔发现,当电流通过位于磁场中的导体时,会产生与电流方向和磁场方向垂直的电位差。电位差的磁感应强度与大小的垂直分量和电流大小成正比。霍尔效应在半导体中显得更加明显。

    二、霍尔效应的原理

    “497”效应本质上是由运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力所引起的偏转。当带电子(空穴或电粒子)被困在固体材估中,这类因受力而改变方向就会使在磁场方向上产生正负电荷的聚积和垂直电流,从而形成附加的横向电场,也就是霍尔电场EH。

    电流通过N型或P型霍尔。磁场B方向与电流方向垂直,磁场方向由内向外。对于N型半导体和P型半导体,所产生的方向,如左图和右图的霍尔电场EH,可根据其判断霍尔元素的属性-N型或P型)。

    霍尔效应原理

    霍尔电位差eh阻止载体继续向一侧移动。当载体横向电场力fe等于洛伦兹力fb时,霍尔单元两侧电荷的累积达到动态平衡。

    由于:

    Fe=EOH,FB=EVB,

    因此:

    eEH=eVB (1)

    如果样品宽度为b,厚度为d,载体浓度为n,则:

    IS=nevbd (2)

    由(1)、(2)式可得:

    UH=EHB=(1/Ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)霍尔电位差

    霍尔材料系数rh=1/ne,是反映霍尔效应强度的重要数值。

    对于固定的霍尔单元,厚度d是固定的,霍尔元素的霍尔系数记录为霍尔元素的霍尔系数,可以得到以下结果:

    UH=KHISB (3)

    也就是说,霍尔电位差Uh与电流Is和磁感应强度b成正比。

    三、霍尔效应的应用

    利用霍尔效应,制作了线性传感器和开关传感器。线性霍尔传感器广泛应用于磁场、电流和电压测量,开关霍尔传感器广泛应用于位置、位移和速度测量。

    近年来,以非工频和非正弦为特征的测量需求不断增加.由于电磁变压器的频率适用范围较窄,与霍尔电压电流传感器相比,霍尔电压电流传感器的适用频带更宽。并可用于直流测量,其市场前景广阔。

    然而,由于霍尔传感器对磁场的敏感度,对下变频功率的精确测量应引起特别的重视。另外,由于霍尔效应电压电流传感器主要用在控制目的电压,电流测量之中,厂家普遍不提供对功率测量非常重要的角度差指数详情,在需要精准测量功率的场合,需要小心使用。

    对一些常见类型的霍尔电压和电流传感器进行了采样。在50赫兹时,角差指数在20’-240’之间。与10'相比,角差指数更差。对于低功率因数的场合,功率测量的精度受到很大影响。

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