Електричні та магнітні
давачі та актюатори
(глава 5, частина Б)
Давачі на основі ефекту
Хола
Ефект Хола відкрито у 1879 році Едвардом
Холом
Існує у всіх провідниках
Іноді виникає та використовується у
напівпровідниках
Одні з найпростіших давачів
Широко використовуються у давачах магнітного поля
Ефект Хола – теорія
Нехай є суцільний блок провідника, через який протікає струм,
спричинений зовнішньою силою. Перпендикулярно до напрямку току струму на провідник діє магнітне поле. В такому випадку,
перпендикулярно до напрямку струму та магнітного поля
виникає сила.
Потік електронів має швидкість v
F = qvBsin vb |
[N] |
Ефект Хола - теорія
Ефект Хола - теорія
Електрони змушені рухатися до передньої стінки, дірки рухаються до задньої
Відповідно, між передньою та задньою поверхнями виникає різниця потенціалів:
V |
= |
|
IB |
|
|
V |
|
|
|
|
|
||||
|
|
||||||
out |
|
qnd |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
d – товщина пластини,
n – густина носіїв заряду q – заряд електрону
Hall effect - principles
У випадку зміни напрямку струму чи магнітного
поля, потенціали між поверхнями пластини
міняються місцями
Ефект Хола залежить від полярності,
Може бути використаний для встановлення напрямку
ліній напруженості поля
Або напрямку руху, якщо давач правильно настроєний
Величина 1/qn [m3/C] залежить від матеріалу та носить назву коефіцієнта Хола KH
Коефіцієнт Хола
Напруга Хола:
V |
= K |
IB |
|
V |
|
|
|
||||
out |
|
H d |
|
|
|
|
|
|
|
•коефіцієнт Хола залежить від матеріалу
•він досить великий у напівпровідників
•напруга Хола пропорційна напруженості магнітного поля
•коефіцієнт Хола залежить від температури
Коефіцієнт Хола
Величина коефіцієнта відносно мала - порядку 50 mV/T
Більшість вимірюваних полів < 1 T
Напруга Хола може бути порядку V
Її потрібно підсилювати у більшості випадків
Наприклад, магнітне поле землі – 50 T, тому виходом буде не більше 25 V
Давачі на основі ефекту Хола
Напруга Хола – легко вимірювана величина
Давачі на ефекті Хола – одні з найбільш ощирених давачів магнітного поля:
Прості, лінійні, недорогі, легко комбінуються
Можуть бути інтегровані у пристрої
Помилки вимірювання найчастіше пов’язані
зі змінами температури
Вони можуть бути компенсовані відповідною електронікою чи компенсуючими давачами
Давачі на ефекті Хола - виготовлення
Типовий давач є прямокутною пластинкою малої
товщини
Виконана з p- чи n-збагаченого напівпровідника (InAs та InSb часто вживаються, оскільки в них
відносно велика густина носіїв заряду)
Кремній може також використовуватися (зі зменшеною чутливістю)
Давач зазвичай визначається як два резистори –
один, через який протікає контрольний струм; другий – на якому виникає та вимірюється напруга
Хола