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什么是霍爾效應(yīng)原理

jf_25290413 ? 來源:jf_25290413 ? 作者:jf_25290413 ? 2023-07-05 11:44 ? 次閱讀

1879年霍爾(A.H.Hall)在實驗中發(fā)現(xiàn):在均勻強磁場B中放入一塊板狀金屬導(dǎo)體,并與磁場B方向垂直,在金屬板中沿與磁場B垂直的方向通以電流I的時候,在金屬板上下表面之間會出現(xiàn)橫向電勢差UH 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),電勢差UH 稱為霍爾電勢差。進一步的觀察實驗還指出,霍爾電勢差UH 大小與磁感應(yīng)強度B和電流強度I的大小都成正比,而與金屬板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d (V);式中RH——(m^3*C^-1)僅與導(dǎo)體材料有關(guān),稱為霍爾系數(shù)。當(dāng)時雖然發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)現(xiàn)象,但在發(fā)現(xiàn)電子以前,人們不知道導(dǎo)體中的載流子是什么,不能從電子運動的角度加以解釋霍爾效應(yīng)的物理現(xiàn)象,現(xiàn)在我們按電子學(xué)理論對霍爾效應(yīng)做了如下的解釋:金屬中的電流就是自由電子的定向流動,運動中的電子在磁場中要受到洛侖茲力的作用。設(shè)電子以定向速度運動,在磁場B中,電子就要受到洛倫茲力f作用,電子沿著f所指的方向漂移,從而使導(dǎo)體上表面積累過多的電子,下表面出現(xiàn)電子不足,從而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生方向向上的電場。當(dāng)這電場對電子的作用力-eEH 正好與磁場作用力f相平衡時,達到穩(wěn)定狀態(tài)。

霍爾效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后,人們做了大量的工作,逐漸利用這種物理現(xiàn)象制成霍爾元件。霍爾元件一般采用N型鍺(Ge),銻化銦(InSb)和砷化銦(InA)等半導(dǎo)體材料制成。銻化銦元件的霍爾輸出電勢較大,但受溫度的影響也大;鍺元件的輸出電勢小,受溫度影響小,線性度較好。因此,采用砷化銦材料做霍爾元件受到普遍的重視。霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量,后者輸出數(shù)字量。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾器件具有許多優(yōu)點,它們的結(jié)構(gòu)牢固,體積小,重量輕,壽命長,安裝方便,功耗小,頻率高(可達1MHZ),耐震動,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好;霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高(可達μm級)。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬可達-55℃~150℃。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性,后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場,用這個磁場來作被檢測的信息的載體,通過它,將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等,轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。

審核編輯 黃宇


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