霍尔效应及其应用

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1.发现霍尔效应


由物理学家霍尔于1879年发现的霍尔效应定义了磁场和感应电压之间的关系,这种效应与传统的电磁感应完全不同。当电流在磁场中通过导体时,磁场对导体中的电子产生垂直于电子运动方向的力,从而在垂直于导体和磁场线的两个方向上产生电势差。


2.霍尔效应解释


当垂直于电流方向的磁场施加到半导体上时,半导体中的电子和空穴将在不同方向上受到洛伦兹力,并在不同方向聚集,在聚集的电子与空穴之间会产生电场。在力和洛伦兹力平衡后,它们将不再聚集。此时,电场会使随后的电子和空穴受到电场力的作用,以平衡磁场产生的洛伦兹力。这个洞可以顺利通过而不会出现偏差,这种现象被称为霍尔效应。产生的内置电压称为霍尔电压。


3.霍尔效应精华


当固体材料中的载流子在外部磁场中移动时,由于洛伦兹力的作用,轨道发生了偏移,电荷在材料的两侧累积,形成了垂直于电流方向的电场,最终形成了电流载流子。电子受到的洛伦兹作用力与电场斥力平衡,从而在两侧建立稳定的电位差,即霍尔电压。[3] 正交电场与电流强度和磁场强度的乘积之比为霍尔系数。平行电场与电流强度的比值就是电阻率。大量研究表明,不仅带负电荷的电子,而且带正电荷的空穴也参与材料的导电过程。


4.霍尔效应应用


霍尔效应在应用技术中尤为重要。霍尔发现,如果在磁场(B)中向导体(d)施加电流(Iv),其方向垂直于所施加电压的方向,那么在磁场和所施加电流方向都垂直于的方向上,将产生另一个电压(UH),称为霍尔电压,这种现象称为霍尔效应。[4] 这就像一条路。本来,每个人都均匀地分布在路上,向前走。当有磁场时,人们可能会被推到道路的右侧。在旧电路(导体)的两侧,将存在电压差。这被称为“霍尔效应”。根据霍尔效应制成的霍尔器件是利用磁场作为工作介质,将物体的运动参数转换为数字电压输出的形式,从而具有传感和开关的功能。


5.总结


霍尔传感器被广泛使用。根据输出信号的不同,可分为开关型霍尔和线性霍尔;开关型霍尔可分为单极霍尔、双极锁存霍尔和全极霍尔;本文结合作者的实际使用进行了简单介绍。

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