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什么是霍尔效应原理

更新时间:2023-07-05 点击量:909

什么是霍尔效应原理

1879年霍尔(A.H.Hall)在实验中发现:在均匀强磁场B中放入一块板状金属导体,并与磁场B方向垂直,在金属板中沿与磁场B垂直的方向通以电流I的时候,在金属板上下表面之间会出现横向电势差UH 这种现象称为霍尔效应,电势差UH 称为霍尔电势差。进一步的观察实验还指出,霍尔电势差UH 大小与磁感应强度B和电流强度I的大小都成正比,而与金属板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d (V);式中RH——(m^3*C^-1)仅与导体材料有关,称为霍尔系数。当时虽然发现了霍尔效应现象,但在发现电子以前,人们不知道导体中的载流子是什么,不能从电子运动的角度加以解释霍尔效应的物理现象,现在我们按电子学理论对霍尔效应做了如下的解释:金属中的电流就是自由电子的定向流动,运动中的电子在磁场中要受到洛仑兹力的作用。设电子以定向速度运动,在磁场B中,电子就要受到洛伦兹力f作用,电子沿着f所指的方向漂移,从而使导体上表面积累过多的电子,下表面出现电子不足,从而在导体内产生方向向上的电场。当这电场对电子的作用力-eEH 正好与磁场作用力f相平衡时,达到稳定状态。

霍尔效应被发现后,人们做了大量的工作,逐渐利用这种物理现象制成霍尔元件。霍尔元件一般采用N型锗(Ge),锑化铟(InSb)和砷化铟(InA)等半导体材料制成。锑化铟元件的霍尔输出电势较大,但受温度的影响也大;锗元件的输出电势小,受温度影响小,线性度较好。因此,采用砷化铟材料做霍尔元件受到普遍的重视。霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量,后者输出数字量。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽可达-55℃~150℃。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制。


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