6AV2123-2JB03-0AX0一級(jí)代理商

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SIEMENS	存儲(chǔ)卡	6ES7954-8LC03-0AA0
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霍爾器件的應(yīng)用與我們的日常生活也息息相關(guān)，例如電動(dòng)車轉(zhuǎn)動(dòng)把手上就有霍爾器件。轉(zhuǎn)動(dòng)把手，通過(guò)霍爾器件將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳送給控制器，進(jìn)而控制電動(dòng)車的電機(jī)轉(zhuǎn)速。再如霍爾傳感式鉗形電流表、汽車開(kāi)關(guān)電路上的功率霍爾電路……







霍爾器件的工作原理就是霍爾效應(yīng)，那么，什么是霍爾效應(yīng)?

想要了解霍爾效應(yīng)，就得先了解電磁效應(yīng)中的洛倫茲力、電流與電壓的含義。接下來(lái)我將給大家一一講解以上內(nèi)容。

一、電流與電壓

電荷可以激發(fā)電場(chǎng)，并對(duì)置于電場(chǎng)中的其他電荷產(chǎn)生電場(chǎng)力的作用，類似于地球周圍的重力場(chǎng)可以對(duì)人產(chǎn)生重力作用。電荷量越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，相同距離間的電場(chǎng)力作用就越明顯，這個(gè)作用就是電壓，如下圖1-1所示。




圖1-1

也就是說(shuō)，電壓越大，表明電場(chǎng)越強(qiáng)，對(duì)電荷的作用力就越大。又因?yàn)?，?dǎo)體中存在大量自由電子(負(fù)電荷)，所以，若給導(dǎo)體施加電壓，就相當(dāng)于在導(dǎo)體內(nèi)部施加了個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，在這個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)的作用力下，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子因受到力的作用發(fā)生定向移動(dòng)，這就是電流。且電壓越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，受到電場(chǎng)力發(fā)生移動(dòng)的電荷(自由電子)就越多，電流就越大。換言之，電流一方面表明了電荷的定向移動(dòng)，一方面又表示了移動(dòng)的電荷量(單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量)。







另外，電場(chǎng)方向?yàn)殡妷赫龢O指向電壓負(fù)極，或者說(shuō)，電場(chǎng)方向?yàn)檎姾芍赶蜇?fù)電荷。由于電荷之間同性相斥，異性相吸，若正電荷處于電場(chǎng)中，就會(huì)受到電場(chǎng)力從電壓正極跑向負(fù)極，這個(gè)跑向就是電流正方向，所以把電流從電壓正極流向負(fù)極的這種方向關(guān)系稱為關(guān)聯(lián)參考方向。

了解了電壓與電流的含義后，我們繼續(xù)講解洛倫茲力。

二、洛倫茲力

洛倫茲力屬于電磁力的一種。電磁力包括宏觀上的安培力以及微觀上的洛倫茲力。所謂電磁力，是指通電導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷處于磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力。因?yàn)橥妼?dǎo)體本質(zhì)是其內(nèi)部電荷的定向移動(dòng)，大量運(yùn)動(dòng)電荷，每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷都受到洛倫茲力的作用，在宏觀上就表現(xiàn)為導(dǎo)體所受到的安培力(各個(gè)洛倫茲力的合力)。

洛倫茲力的方向判斷用左手定則，如下圖1-2所示，磁力線從掌心穿過(guò)，四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向(即電流正方向)，拇指指向即為洛倫茲力方向，在這個(gè)力的作用下，正電荷的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。




圖1-2

圖1-2中的“×”表示磁力線方向?yàn)榇怪庇诩埫嫱?。顯然，若運(yùn)動(dòng)電荷帶負(fù)電，四指指向?qū)⑾喾?因?yàn)樨?fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與電流正方向相反)，根據(jù)左手定則，可以發(fā)現(xiàn)，同一磁場(chǎng)中，正、負(fù)電荷所受到的洛倫茲力方向相反。毫無(wú)疑問(wèn)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)電荷所受到的洛倫茲力就越大。

已知電壓電流與洛倫茲力的含義，那么我們對(duì)霍爾效應(yīng)的理解就會(huì)顯得尤為簡(jiǎn)單。

三、霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)由物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是給半導(dǎo)體通電并將其置于磁場(chǎng)中，該半導(dǎo)體將會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)電壓。詳細(xì)內(nèi)容如下。

給一半導(dǎo)體通電，將有電流流過(guò)，如下圖1-3所示，電流由自由電子定向移動(dòng)形成。




圖1-3

將磁體靠近通電的半導(dǎo)體，此時(shí)半導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，如下圖1-4所示。顯然，半導(dǎo)體中定向移動(dòng)的自由電子就會(huì)受到洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則，磁力線從上往下穿過(guò)半導(dǎo)體，電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗闹阜捶较?，得拇指為電子偏轉(zhuǎn)方向。




圖1-4

另外，在半導(dǎo)體中，電荷除了自由電子外，還有失去電子的空穴(或者說(shuō)離子，帶正電)，它們帶有等量異性電荷，分別處于半導(dǎo)體兩側(cè)，如下圖1-5所示。由于異性電荷分別聚集在半導(dǎo)體兩側(cè)，這就會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成內(nèi)電場(chǎng)，即正負(fù)電荷之間的空間存在電場(chǎng)。




圖1-5

電場(chǎng)的建立，相當(dāng)于有了電壓的存在，此時(shí)用電壓表測(cè)半導(dǎo)體兩側(cè)，必然會(huì)有具體電壓值，這個(gè)電壓被稱為霍爾電壓或霍爾電勢(shì)差。

另外，圖1-5中的電子依然是保持運(yùn)動(dòng)的，只不過(guò)其運(yùn)動(dòng)軌跡由直線變成弧線。

結(jié)合上文說(shuō)言的洛倫茲力，磁場(chǎng)越強(qiáng)，所能束縛的運(yùn)動(dòng)電荷就越多，那么半導(dǎo)體兩側(cè)聚集的異性電荷就越多，所建立的內(nèi)電場(chǎng)就越強(qiáng)，即兩側(cè)的電壓越大。

所以，改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以改變半導(dǎo)體兩側(cè)的霍爾電壓，這就是霍爾器件的工作原理，你明白了嗎?

回到前文的電動(dòng)車把手，把手轉(zhuǎn)動(dòng)部分裝有磁體，固定部分裝有霍爾元件，轉(zhuǎn)動(dòng)把手，就相當(dāng)于改變磁體與霍爾元件的相對(duì)位置，對(duì)于霍爾元件來(lái)說(shuō)，其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生改變，所以輸出電壓也就改變!



































































































































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