|
|
Датчики Холла. Преобразователи холла содержание
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА СОДЕРЖАНИЕ.
Стр.
1.1. Эффект Холла. 3 1.2. Параметры и характеристики датчиков Холла. 6 1.3. Изготовление и применение датчиков Холла. 10 1.4. Точностные характеристики датчиков Холла. 15 1.5. Погрешности преобразователей Холла. 19 1.6. Динамические характеристики преобразователей Холла. 22 2.1. Магниторезистивный эффект. 24 2.2. Изготовление магниторезисторов. 27 2.3. Применение магниторезисторов. 29 2.4. Основные метрологические характеристики магниторезисторов. 29 Вывод. 30 Контрольные вопросы. 31
5. Список литературы. 32
1.1. Эффект Холла.  В основе датчиков э. д. с. Холла лежит явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, находящихся в магнитном поле. Это явление впервые было открыто американским физиком Эдвином Холлом в 1876 г. Рассмотрим прямоугольную пластину полупроводника с электропроводностью n-типа, расположенную, как показано на рис. 1, а. В направлении оси х протекает ток Ix от внешнего источника. Пластина помещена в магнитное поле Нy, перпендикулярное направлению тока. В отсутствие магнитного поля электроны двигаются в пластине в направлении электрического поля Еx. В магнитном поле электроны отклоняются под действием силы Лоренца:  , (1)
где е - заряд электрона; Вy -индукция магнитного поля, направленного вдоль оси у; vx= -nEx - скорость электрона в направлении тока; n - подвижность электронов. Эта сила направлена перпендикулярно как направлению магнитного поля, так и направлению тока (вдоль оси Z, рис. 1). Поэтому электроны смещаются перпендикулярно направлению их первоначального движения. При условиях, показанных на рис. 1, на зажиме А должен быть отрицательный потенциал относительно зажима Б, так как верхняя поверхность полупроводника, к которой отклоняются электроны, будет заряжаться отрицательно, а противоположная поверхность - положительно. Заряды создают в пластине поперечное электрическое поле, названное по имени ученого полем Холла. Процесс образования объемных зарядов у поверхностей прекратится лишь тогда, когда напряженность поля Холла будет полностью компенсировать действие на электроны силы Лоренца. Условие равенства сил, действующих на электрон со стороны электрических и магнитных полей, может быть записано в виде  , (2)
откуда может быть определено поле Холла  (3)
или э. д. с. Холла  , (4)
где d — толщина пластины (рис. 1, б). Возникновение э. д. с. Холла называется эффектом Холла. Протекающий через образец с шириной bи сечением S ток плотностью jx,обусловленный действием электрического поля, связан с концентрацией и скоростью электронов соотношением:  . (5)
Решая совместно уравнения (4) и (5), получим  , (6)
где Rx=-1/en -коэффициент Холла, связывающий поперечную разность потенциалов с индукцией магнитного поля. Величина его зависит от материала пластины, содержания примесей и температуры. Из выражения (6) следует, что величина э. д. с. Холла зависит от физических свойств материала пластины, от ее размеров, а также, от величины протекающего через нее тока и от воздействующего на этот ток магнитного поля. Если пластина имеет электропроводность p-типа, то основная часть тока создается дырками, движущимися слева направо, тогда в левой части уравнения (2) следует поставить знак плюс. Траектории дырок в этом случае будут смещаться вверх, верхняя поверхность будет накапливать положительный заряд и э. д. с. Холла будет положительной. Вывод выражения для э. д с. Холла сделан без учета хаотического теплового движения электронов и их распределения по скоростям. Более строгий расчет дает формулу для коэффициента Холла в полупроводнике с электропроводностью n-типа: |
|
|
Скачать 1.8 Mb.