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霍爾效應(yīng)原理發(fā)現(xiàn)應(yīng)用
霍爾效應(yīng)原理發(fā)現(xiàn)應(yīng)用
一、霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)
美國物理學(xué)家1879年霍爾發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流通過位于磁場中的導(dǎo)體時(shí),會(huì)產(chǎn)生與電流方向和磁場方向垂直的電位差。電位差的磁感應(yīng)強(qiáng)度與大小的垂直分量和電流大小成正比?;魻栃?yīng)在半導(dǎo)體中顯得更加明顯。
二、霍爾效應(yīng)的原理
“497”效應(yīng)本質(zhì)上是由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力所引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電子(空穴或電粒子)被困在固體材估中,這類因受力而改變方向就會(huì)使在磁場方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積和垂直電流,從而形成附加的橫向電場,也就是霍爾電場EH。
電流通過N型或P型霍爾。磁場B方向與電流方向垂直,磁場方向由內(nèi)向外。對于N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體,所產(chǎn)生的方向,如左圖和右圖的霍爾電場EH,可根據(jù)其判斷霍爾元素的屬性-N型或P型)。
霍爾電位差eh阻止載體繼續(xù)向一側(cè)移動(dòng)。當(dāng)載體橫向電場力fe等于洛倫茲力fb時(shí),霍爾單元兩側(cè)電荷的累積達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。
由于:
Fe=EOH,FB=EVB,
因此:
eEH=eVB (1)
如果樣品寬度為b,厚度為d,載體濃度為n,則:
IS=nevbd (2)
由(1)、(2)式可得:
UH=EHB=(1/Ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)霍爾電位差
霍爾材料系數(shù)rh=1/ne,是反映霍爾效應(yīng)強(qiáng)度的重要數(shù)值。
對于固定的霍爾單元,厚度d是固定的,霍爾元素的霍爾系數(shù)記錄為霍爾元素的霍爾系數(shù),可以得到以下結(jié)果:
UH=KHISB (3)
也就是說,霍爾電位差Uh與電流Is和磁感應(yīng)強(qiáng)度b成正比。
三、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用
利用霍爾效應(yīng),制作了線性傳感器和開關(guān)傳感器。線性霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于磁場、電流和電壓測量,開關(guān)霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于位置、位移和速度測量。
近年來,以非工頻和非正弦為特征的測量需求不斷增加.由于電磁變壓器的頻率適用范圍較窄,與霍爾電壓電流傳感器相比,霍爾電壓電流傳感器的適用頻帶更寬。并可用于直流測量,其市場前景廣闊。
然而,由于霍爾傳感器對磁場的敏感度,對下變頻功率的精確測量應(yīng)引起特別的重視。另外,由于霍爾效應(yīng)電壓電流傳感器主要用在控制目的電壓,電流測量之中,廠家普遍不提供對功率測量非常重要的角度差指數(shù)詳情,在需要精準(zhǔn)測量功率的場合,需要小心使用。
對一些常見類型的霍爾電壓和電流傳感器進(jìn)行了采樣。在50赫茲時(shí),角差指數(shù)在20’-240’之間。與10'相比,角差指數(shù)更差。對于低功率因數(shù)的場合,功率測量的精度受到很大影響。