霍爾效應(yīng)論文測量論文測量技術(shù)論文：霍爾

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1、霍爾效應(yīng)論文測量論文測量技術(shù)論文：霍爾效應(yīng)在測量技術(shù)中的應(yīng)用摘要:霍爾效應(yīng)是一種發(fā)現(xiàn)、研究和應(yīng)用都很早的磁電效應(yīng)。在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文利用崔爾效應(yīng)來研尤其在測量技術(shù)中的應(yīng)用，以及各種測量技術(shù)和電子元件的工作原理。關(guān)鍵詞:霍爾效應(yīng);測量技術(shù);電流測量;磁場測量;乘法器霍爾效應(yīng)在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，特別是近年來山于新型半導(dǎo)體材料和低維物理學(xué)的發(fā)展使得人們對霍爾效應(yīng)的研究取得了許多突破性進(jìn)展。本文就是基于霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原理來研究其在各種測量技術(shù)和電子元件的工作原理。在此簡單介紹一下霍爾原理［1］。一塊長度為b,寬為a,厚度為d的導(dǎo)體薄片放在磁

2、感應(yīng)強度為B（方向垂直導(dǎo)體表面）的磁場屮，并在其兩端通以控制電流I,那么在垂直于電流和磁場方向上（即導(dǎo)體薄片兩側(cè)）將產(chǎn)生電勢差Ug稱為感生電壓或感生電勢,這種現(xiàn)象稱為感生效應(yīng)。這種現(xiàn)象是霍爾首先發(fā)現(xiàn)的，因此稱之為霍爾效應(yīng)，導(dǎo)體板兩側(cè)形成的電勢Ug稱為霍爾電壓?；魻栃?yīng)可以從運動電荷受到的洛倫茲力得到解釋。實驗表明，霍爾電壓Ug與電流I、磁感應(yīng)強度B都成正比，與板的厚度d成反比。其公式為Ug=KgB（1）式中,Kg=l/nqd為比例常數(shù),稱為霍爾系數(shù)，它由導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）材料的性質(zhì)所決定。霍爾的發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時震動科學(xué)界，許多科學(xué)家紛紛轉(zhuǎn)向這一研究領(lǐng)域。一般而言，金屬和電解質(zhì)的霍爾系數(shù)

3、很小,霍爾效應(yīng)不太顯著;半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)則大得多，霍爾效應(yīng)顯著。則半導(dǎo)體所具有的崔爾效應(yīng)被廣泛用于電量和非電量的測量、磁場測量、電子器件的制作原理中。利用崔爾電壓和外加磁場成正比的線形關(guān)系可做成多種電學(xué)和非電學(xué)測量的線性電子原件。如控制一定電流時,可以測量交、直流磁感應(yīng)強度和磁場強度:控制電流電壓的比例關(guān)系，令輸出的霍爾電壓與電壓乘電流成比例，可制成功率測量傳感器;當(dāng)固定磁場強度大小及方向吋，可以用來測界地交直流電流⑵。在此就利用霍爾原理來研究溫度、磁場、電流等電量和非電量的測量原理和電子元件乘法器的工作原理。1溫度測量半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的是載流子，載流子數(shù)目比金屬中的自由電子數(shù)

4、目少得多，所以半導(dǎo)體的電阻率大，它的感生系數(shù)也比金屬導(dǎo)體大得多［3］。隨著溫度升高，半導(dǎo)體中價電子受熱激發(fā)躍遷到較高能級而產(chǎn)生新的電子?空穴對,使參加導(dǎo)電的載流子數(shù)冃大大增加，導(dǎo)致電阻率減小，半導(dǎo)體載流子的數(shù)目隨溫度升高而上升，所以其電阻率隨溫度升高而下降;那么半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等會隨溫度的變化而變化，因此，導(dǎo)體薄片的性能參數(shù)（如內(nèi)阻、感生電勢等）隨溫度的變化也是很靈敏的。設(shè)在某一基準(zhǔn)溫度TO時,感生電勢為：UgO=KgO-B-l1O式中:110為溫度TO時電流計的數(shù)fft;KgO為溫度TO時導(dǎo)體薄片的靈敏度。當(dāng)溫度升到T時,感生電勢為：Ug=Kg-B-l1

5、式中:11為溫度T時電流計的數(shù)值;Kg為溫度T時導(dǎo)體薄片的靈敏度；又Kg=KgO（1+at）,其中a為感生電勢溫度系數(shù),t=T-TO為相對于基準(zhǔn)溫度的溫差。整理得:（2）由上式可知,可以用于溫度的測量，為了提高溫度測暈的靈敏度，可以選擇感生電勢溫度系數(shù)a小的霍爾元件。2磁場測量利用霍爾公式我們可以知道，只要知道Ug,Kg,lc等值即可以利川此式計算出磁感應(yīng)強度B,Ugg可川毫伏計測量,Kg,lc可由相應(yīng)的儀器測量，因此就很容易的測量出B值，在現(xiàn)實生活中磁感應(yīng)強度B的測暈電路中用三運放組成感生電壓放人器[4],其中A1、A2共同組成第一級結(jié)構(gòu)對稱的同相比例運放，有很高的輸入電阻以

6、及較低的漂移和失調(diào),A3是差分放大級用于將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出，據(jù)放大器各級輸入及輸出之間的關(guān)系，可推知輸出電壓與Ug之間的關(guān)系為：又山于，那么上式可表示為：(3)式中l(wèi)c的數(shù)值可由毫安表A讀取。通過此裝置可以很容易測量出磁感應(yīng)強度B,并且此裝置不僅可以測定恒定磁場的強度，還可以測量交變磁場的強度。3電流測量若通電導(dǎo)線中通有電流大小為I,則無限長的載流直導(dǎo)線周圍的磁感強度B與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系可表示為：式中的d為任意一點與長直導(dǎo)線的垂直距離。結(jié)合式(3)可得：(4)由上式可知不需直接接觸通電導(dǎo)線，通過遙測技術(shù)可以測量導(dǎo)線中的電流I,即可以測量異地的電流，并且對于大電流的測

7、量不僅方便而且安全性也高。4乘法器原理利用霍爾原理還可以運用于乘法器的制作中，在此用到了載流螺線管，載流螺線管內(nèi)的磁感強度B與通電電流Id的關(guān)系為：式中為螺線管單位長度上線圈的匝數(shù)。結(jié)合式1可得：(5)上式表明具有乘法的功能，控制電流

8、和產(chǎn)生磁場的電流Id可以是直流也可以是交流，依據(jù)此式可以做成一個四彖限的乘法器;作為乘法器，可以方便地組成四彖限，輸入信號的幅度無太多的限制;所以在電子技術(shù)中的應(yīng)用比較廣泛，此乘法器也可以用于功率的測量，信號的混頻，調(diào)制和解調(diào)等。同時利用崔爾原理還可以進(jìn)一步精