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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)電流通過一個位于磁場中的導(dǎo)體的時候，磁場會對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個垂直于電子運(yùn)動方向上的作用力，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調(diào)節(jié)電路。根據(jù)設(shè)計和配置的不同，霍爾效應(yīng)傳感器可以作為開/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，會使得導(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，在聚集起來的電子與電洞之間會產(chǎn)生電場，此一電場將會使后來的電子電洞受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得后來的電子電洞能順利通過
不會偏移，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，假設(shè)導(dǎo)體為一個長方體，長度分別為a,b,d，磁場垂直ab平面。電流經(jīng)過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為VH / a。設(shè)磁場強(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不在發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)，結(jié)果電流在磁場作用下在器件的兩個側(cè)面出現(xiàn)了穩(wěn)定的異號電荷堆積從而形成橫向霍爾電場

E= - vB/c

由實驗可測出 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中運(yùn)動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(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，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。

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