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    霍爾效應(yīng)

    2016/9/19 14:29:09

    霍爾效應(yīng)在1879年被E.H. 霍爾發(fā)現(xiàn),它定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系,這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果完全不同。當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候,磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的作用力,從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。 雖然這個(gè)效應(yīng)多年前就已經(jīng)被大家知道并理解,但基于霍爾效應(yīng)的傳感器在材料工藝獲得重大進(jìn)展前并不實(shí)用,直到出現(xiàn)了高強(qiáng)度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。根據(jù)設(shè)計(jì)和配置的不同,霍爾效應(yīng)傳感器可以作為開(kāi)/關(guān)傳感器或者線性傳感器。

    解釋

    在導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場(chǎng),會(huì)使得導(dǎo)體中的電子與電洞受到不同方向的洛倫茲力而往不同方向上聚集,在聚集起來(lái)的電子與電洞之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),此一電場(chǎng)將會(huì)使后來(lái)的電子電洞受到電力作用而平衡掉磁場(chǎng)造成的洛倫茲力,使得后來(lái)的電子電洞能順利通過(guò)
    不會(huì)偏移,此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。

    方便起見(jiàn),假設(shè)導(dǎo)體為一個(gè)長(zhǎng)方體,長(zhǎng)度分別為a,b,d,磁場(chǎng)垂直ab平面。電流經(jīng)過(guò)ad,電流I = nqv(ad),n為電荷密度。設(shè)霍爾電壓為VH,導(dǎo)體沿霍爾電壓方向的電場(chǎng)為VH / a。設(shè)磁場(chǎng)強(qiáng)度為B。

    洛倫茲力

    f=qE+qvB/c(Gauss 單位制)

    電荷在橫向受力為零時(shí)不在發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn),結(jié)果電流在磁場(chǎng)作用下在器件的兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)了穩(wěn)定的異號(hào)電荷堆積從而形成橫向霍爾電場(chǎng)

    E= - vB/c

    由實(shí)驗(yàn)可測(cè)出 E= UH/W 定義霍爾電阻為

    RH= UH/I =EW/jW= E/j

    j = q n v

    RH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc)

    UH=RH I= -B I /(q n c)

    本質(zhì)

    固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移,并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累,形成垂直于電流方向的電場(chǎng),最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡,從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場(chǎng)和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示:參加材料導(dǎo)電過(guò)程的不僅有帶負(fù)電的電子,還有帶正電的空穴。

    霍爾效應(yīng)的相關(guān)產(chǎn)品:

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