Принцип действия датчика Холла
В данной работе индукция магнитного поля измеряется с помощью датчика Холла. Принцип действия датчика основан на явлении Холла. Это явление принадлежит к группе гальваномагнитных явлений, относящихся к изменению электрических свойств проводников и полупроводников под влиянием магнитного поля.
Рассмотрим проводник в виде прямоугольного бруска, по которому идет постоянный ток I (рис. 5).
|
Перпендикулярно проводнику направлено магнитное поле. К точкам А и С на противоположных гранях α и β присоединены электроды, соединенные с чувствительным вольтметром. Электроды устанавливаются так, чтобы в отсутствие магнитного поля их потенциалы были одинаковыми. При появлении магнитного поля между точками А и С возникает разность потенциалов UH(разность потенциалов Холла).
Электронная теория объясняет явление Холла как следствие действия на электроны проводимости силы Лоренца:
.
,
где q – величина заряда, 
– средняя скорость дрейфа электронов, В – индукция магнитногополя, 
- угол между вектором магнитной индукции и средней скоростью дрейфа электронов.
Эта сила вызывает смещение электронов (и вообще носителей тока) перпендикулярно направлению их движения по правилу векторного произведения. При направлении тока, указанном на рис. 5, электроны начинают смещаться к грани β. На грани β появится избыточный отрицательный заряд, а на грани α – избыточный положительный заряд. При этом возникает поперечная разность потенциалов φА– φСи поперечное электрическое поле, перпендикулярное к вектору В и направлению электрического тока I. Со стороны этого электрического поля на электрон будет действовать сила:
,
где d – расстояние между гранями α и β.
Перемещение электронов к грани β будет происходить до тех пор, пока действие силы Лоренца не будет уравновешено действием электрической силы со стороны поперечного электрического поля Fл = Fэ. Между гранями α и β установится разность потенциалов, которую называют разностью потенциалов Холла:
UH= 
.
Найдем скорость электронов из выражения для силы тока:
Окончательное выражение для UHимеет вид:
UH= 
,
где R = 1/(q n) – постоянная Холла.
Явление Холла получило значительное техническое применение. Так, датчик Холла, в котором создается ЭДС (UH) при возникновении магнитного поля, можно использовать для измерения магнитной индукции постоянных и переменных магнитных полей. Эквивалентную схему датчика (рис.6) можно представить в виде узлового соединения четырех резисторов и двух источников напряжения, включенных последовательно с выходными выводами.
|