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hall效应

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霍尔效应

霍尔效应

实验 霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种。

在匀强磁场中放一金属薄板，使板面与磁场方向垂直，在金属薄板中沿着与磁场垂直的方向通电流时，金属薄板的两侧面间会出现电势差。

这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855-1938）于1879年发现的。

一、实验目的1、 了解霍尔效应实验原理2、 学习用对称法消除负效应的影响，测量H s V I -和 H M V I -曲线。

3、 确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。

二、 实验室提供的仪器和用具霍尔效应测试仪(TH--H 型);霍尔效应实验仪 (TH--H 型); 配套专用线六根。

三、仪器简介霍尔效应测试仪(TH--H 型)面板如图1，霍尔效应实验仪 (TH--H 型) 面板如图2测试仪说明和使用注意事项：（1）图1中测试仪的“I S 输出”是霍尔器件工作电流源，“I M 输出”是电磁铁励磁电流源。

面板上的“I S 输出”、“I M 输出”和“V H 、V O 输入”三对接线柱应分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确连接，严禁将测试仪I M 输出错误接到实验仪的I S 输入或V H 、V O 输出处，否则通电后霍尔器件将遭损坏。

（2）测试仪开机前应将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态后，方可开机。

测试仪接通电源后，预热数分钟即可进行实验。

顺时针调节I S 、I M 调节旋钮即可增加输出电流。

（3）关机前应再次将I S 、I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于0后，方可切断电源。

霍尔效应实验仪说明和使用注意事项：（1）图2中的霍尔片样品为N 型半导体硅单晶片，厚度b=0.5mm ，宽度a=4.0mm ；电磁铁的磁感应强度B 由磁铁上参数和输入电流算出，例如B=I M ×（ ）KGS/A=（ ）T 注：1T=104GS 四、实验原理霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。

hall定律

hall定律

hall定律
Hall定律是电工学中一项重要的定律，它描述了在导体中电流和
电压之间的关系。

根据Hall定律，当导体中有电流流过时，垂直于电
流方向的磁场将会产生一种被称为Hall电压的电势差。

Hall定律的数学表达式可以表示为V_H = B * I * d / nq，其中
V_H是Hall电压，B是磁场的强度，I是电流，d是导体的厚度，n是
电荷载流子的浓度，q是电荷的电荷量。

根据这个定律，当电流通过一个导体板时，电子将在其表面上受
到洛伦兹力的作用，被偏转到侧面。

这种侧向偏转将导致电子在侧面
重新排列，形成电子集体的差异电荷积累。

这种电荷积累进一步形成
了Hall电场，产生了Hall电势差。

利用Hall定律，我们可以测量导体中的电流强度、磁场的强度以
及电荷载流子的浓度。

一般情况下，通过测量Hall电势差和已知参数，例如磁场强度和导体厚度，我们可以通过推导和计算得到电流强度或
电荷载流子密度的值。

除了在电学领域中的应用，Hall定律在物理学、材料科学、电子
工程和生物医学等其他领域也有广泛的应用。

在半导体器件中，Hall
效应已经被应用于传感器、磁传感器和其他电子元件的设计与制造。

在生物医学中，Hall效应可用于血流测量和细胞分析。

总之，Hall定律是电工学中一项基础而重要的定律，描述了电流
和电压之间的关系。

通过测量Hall电势差，我们可以得到导体中电流、磁场和电荷载流子的相关信息。

这个定律不仅在电学领域有重要应用，同时也在其他学科和工程领域发挥着重要作用。

霍尔效应

霍尔效应
心，将励磁电流调节至700ｍＡ，相应的磁场值
由实验室给出: B =400 mT d=0.2mm
（2）调节Ｒ2使工作电流从2ｍＡ依次增加至 10ｍＡ，分别测出相应的霍尔电压，将数据填人
表格１中。
由换向开关K4改变ＩH的方向,重复步骤2.
由换向开关Ｋ5改变B的方向,重复步骤2.
励磁电流I=700mA, B =400 mT
f
B
evB
若在Z轴方向加上恒定磁场B，沿负X轴
方向运动的电子就受到洛伦兹力
（２）
fB的方向指向负Y轴，于是，霍耳元件内部的 电子聚积在下方平面。
随着电子向下偏移，上方平面剩余正电荷， 形成Y轴负向的霍耳电压，上下两个平面间具有 电势差VH
静电作用力fH与洛仑兹力fB大小相等时,有
e VH b
evB
实 验目的 Experimental purpose
1.了解产生霍耳效应的机制。 2. 学会用霍耳元件测量磁场及其分布的基本方法。 3. 学会用霍耳效应仪测量霍耳元件的al principle
1.霍耳效应 Hall effect 运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹
【思考题】 1. 什么叫霍尔效应？什么叫霍尔电势差？
什么叫霍尔系数？ 2. 为什么霍尔效应在半导体材料中特别显著？
怎样判别半导体材料的导电类型？
3. 怎样用电位差计来测量霍尔电势差ＶH ？
如何消除热磁效应对测量结果的影响？ 4. 如何确定电磁铁气隙内的磁场分布？ 5. 如何求得霍尔元件的霍尔系数？
IH（mA） 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
V1（＋I，＋B） V2（－I，＋B） V3（－I，－B） V4（＋I，－B）

霍尔效应

霍尔效应

量子霍尔效应实际上给处在微观世界的 电子订了一个 “交通规则”：电子在这 种强磁场中，只能沿着边缘的一维通道 中走。本来这是一个导体，加上一个很 强的磁场后，这个材料的绝大部分变成 绝缘的，电子只能在边缘沿着一个个通 道运动，而且只能做单向运动，不能返 回。
霍尔传感一种磁场传感器。 霍尔效应是磁电效应的一种 实验测定的霍尔，通过器是 根据霍尔效应制作的霍尔效 。 应系数，能够判断半导体材 料的导电类型、载流子浓度 及载流子迁移率等重要参数。
霍尔器件具有许多 优点，它们的结构 牢固，体积小，重 量轻，寿命长，安 装方便，功耗小， 频率高（可达 1MHZ），耐震动， 不怕灰尘、油污、 水汽及盐雾等的污 染或腐蚀。
汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放 在分电器内取代机械断电器，用作点火 脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生 器随着转速变化的磁场在带电的半导体 层内产生脉冲电压，控制电控单元 （ECU）的初级电流。相对于机械断电 器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损 免维护，能够适应恶劣的工作环境，还 能精确地控制点火正时，能够较大幅度 提高发动机的性能，具有明显的优势 Nhomakorabea。
利用霍尔传感器对浮子位移进行检测的 基本原理以及霍尔传感器输出信号处理 系统的基本构成和功能，分析了这种新 型金属管转子流量计的主要特点。实际 测量表明:该流量计具有准确度高、可靠 性高、结构简单、智能化等特点。
霍尔效应
一· 定义及解释
二· 在生活和生产方面的应用 三· 科技及前景
• 在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导体中的电 子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集， 定义：霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理 学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的 导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在 导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势 差，这一现象便是霍尔效应 • 在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会 使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦 兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过不会偏移，此称为 霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

Hall效应测试仪PPT课件

Hall效应测试仪PPT课件

Hall效应测试仪的工作原理
磁场控制
测试仪通过控制磁场的大小和方 向，使导体中的电子受到洛伦兹
力的作用。
电场测量
在导体中产生的电场通过测量电极 进行测量，电极通常采用四线制连 接方式，以消除导线电阻的影响。
数据处理
测试仪将测量到的电场数据和已知 的磁场数据进行处理，计算出导体 的电导率和载流子浓度等参数。
实验数据表格
列出实验中获取的各项数 据，包括测试样品、测试 温度、霍尔系数等。
数据可视化图表
使用图表展示实验数据， 如柱状图、折线图等，便 于直观地比较和分析数据。
误差分析
对实验数据进行误差分析， 确定测量结果的可靠性和 精度。
数据分析方法
平均值和标准差计算
数据检验和假设检验
对实验数据进行平均值和标准差的计 算，以评估数据的集中趋势和离散程 度。
4. 开始测试
启动测试程序，等待数据稳定后开始采集数据。
5. 数据处理和结果输出
对采集的数据进行处理，计算出霍尔系数、载流子浓度 等结果，并将结果以图表或数据形式输出。
6. 结果分析和结论
根据测试结果进行分析，得出结论，判断样品的霍尔效 应性能。
04
Hall效应测试仪的实验结果和数据分
析
实验结果展示
Hall效应测试仪PPT课件
• 引言 • Hall效应测试仪概述 • Hall效应测试仪的组成和功能 • Hall效应测试仪的实验结果和数据分析 • Hall效应测试仪的优缺点和改进方向 • 结论
01
引言
主题简介
Hall效应测试仪
一种用于测量半导体材料电学特性的重要仪器，通过测量磁场中载流子的运动 行为，可以推导出材料的电学参数。

霍尔效应实验原理

霍尔效应实验原理
• 由于热扩散电流的载流子的迁移率不 同，类似与厄廷豪森效应中载流子速度 不同一样，也将形成一个横向的温度梯 度，产生附加电势差，记为 V RL，其方向 只与磁场方向有关，与V H同向。
不等电势差
不等电势差是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及 电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片 的两侧，如图所示。因此，当电流 I H 流过霍尔元件时， 在电极3、4间也具有电势差，记为 V 0 ，其方向只随 I H 方 向不同而改变，与磁场方向无关。 4 e 1 2
E
H
E
H
（2）能斯特效应
• 由图所示由于输入电流端引线a、b点处的电阻不相 等，通电后发热程度不同，使a和b两端之间出现热扩 散电流，在磁场的作用下，在c、e两端出现横向电场， 由此产生附加电势差，记为 V 。其方向与 I 无关，只 随磁场方向而变。 4
N
H
e 1 a
IH
b c 3
2
（3）里纪-勒杜克效应
H
（1- 5）
将
V vbB
H
代入
v I nebd
H
可得
v I H B ned
可改写为
V RI B d KI B
H H H
该式与
V H RI H d
和式
V H KI H B
一致
R 1 ne
就是霍尔系数
（1）厄廷豪森效应
• 1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等， 它们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大， 绕大圆轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导 致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而形成一 个横向的温度梯度。因而产生温差效应，形成电势差， 记为 其方向决定于 I 和磁场B的方向，并可判断， V V V 始终同向。

大学物理实验霍尔效应(课堂PPT)

霍尔效应实验
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）

霍尔效应实验

lxbbyzdbv???bfbfheeef?efefbfev当和达到静态平衡后有即于是电荷堆积的两端面z方向的电势差为通过的电流可表示为式中n是电子浓度得vbbvh?14nevbdih??15nebdivh??bfbfefefbveeeevbhh??将代入可得vbbvh?nebdivh??nedbivh??可改写为bkidbrivhhh??该式与和式一致drivhh?bkivhh?就是霍尔系数ner1??1厄廷豪森效应?1887年厄廷豪森发现由于载流子的速度不相等它们在磁场的作用下速度大的受到的洛仑兹力大绕大圆轨道运动速度小则绕小圆轨道运动这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯度
4. 绘制I H ~VH 曲线，分析工作电流 I H 与霍尔电压
VH 的关系。
5. 将实际测量的霍尔灵敏度K值与实验室给出值进行比较，分析 异号观测法的作用。
思考题
1. 霍尔元件都用半导体材料制成而不用金 属材料，为什么？ 2. 为提高霍尔元件的灵敏度你将采用什么 办法？ 3. 本实验怎样消除副作用的影响？还有什 么实验中采用类似方法去消除系统误差？
霍尔效应实验仪的部件之一：电磁铁（2500GS/A）
霍尔样品及调节架
调节架上的水平和垂直刻度
霍尔效应测试仪
实验原理
Z
B Y 4 d 1
IH
2 X 3
VH
VH RI H B d
(1-1)
上式中比例系数R称为霍尔系数，对同一材料R为一常数。 因成品霍尔元件（根据霍尔效应制成的器件）d也是一常数。 故R/d常用另一常数K来表示，有
E
H
E
（2）能斯特效应
• 由图所示由于输入电流端引线a、b点处的电阻不相 等，通电后发热程度不同，使a和b两端之间出现热扩 散电流，在磁场的作用下，在c、e两端出现横向电场， 由此产生附加电势差，记为 V 。其方向与 I H 无关，只 随磁场方向而变。 4

霍尔效应


d
b IS
+
+
+
+
+ + +
v
fe
+
I S envbd （1）
—
— — —
— — — —
fB
IS
l
若在 Z 轴方向加上恒定的磁场 B ，电子电荷在沿 X 轴负方 向运动时将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力用 fB 表示：
f B evB
（2）
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏 P 移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累， 侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于 S 点，所以在试样中形成了横向电场 EH ， 这一电场就称为霍 尔电场。该电场又对工业上应用 汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、 ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体 物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊 断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关等。 例如 用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有 抑制电磁干扰的作用。因为汽车的自动化程度越高，微 电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具 和电器件在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点 产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开 关电路就可以减小这些现象。
f B fe
即
evB eEH
（4）
EH vB
IS B U H VP VS EH b vBb ned
1 RH ne
（5）
（6）
由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为
（7）
RH 式中 n 为载流子浓度，e 为载流子所带的电量。 是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍 尔效应强弱的重要参数

hall同步角度(补偿角度)测量方法

hall同步角度(补偿角度)测量方法摘要：一、引言二、Hall同步角度（补偿角度）测量方法的原理1.Hall效应2.同步角度测量原理三、Hall同步角度（补偿角度）测量方法的实现1.硬件设备2.软件算法四、Hall同步角度（补偿角度）测量方法的优缺点1.优点2.缺点五、应用场景六、总结正文：一、引言在现代工业生产和科研领域，角度测量是一项重要的技术。

其中，Hall同步角度（补偿角度）测量方法因其高精度、高稳定性等特点，被广泛应用于各类测量场景。

本文将从Hall同步角度（补偿角度）测量方法的原理、实现、优缺点等方面进行详细介绍。

二、Hall同步角度（补偿角度）测量方法的原理1.Hall效应Hall同步角度测量方法的基础是Hall效应。

Hall效应是指，当磁场作用于导线时，会在导线两端产生电势差。

这个电势差与磁场强度、导线长度和导线内的电流成正比。

利用这一原理，可以实现对角度的测量。

2.同步角度测量原理在同步电机或伺服系统中，通常会采用霍尔传感器来检测转子的位置和角度。

霍尔传感器输出的信号与转子位置和磁场变化有关，通过处理这些信号，可以获得同步角度。

在实际应用中，通常将霍尔传感器安装在电机转子上，与定子磁场同步。

当定子磁场扫过霍尔传感器时，会产生一个电信号，用于计算电机转子的位置和角度。

三、Hall同步角度（补偿角度）测量方法的实现1.硬件设备实现Hall同步角度（补偿角度）测量方法需要以下硬件设备：（1）霍尔传感器：用于检测磁场变化，输出相应的电信号。

（2）信号处理电路：对霍尔传感器输出的电信号进行放大、滤波、整形等处理，获得同步角度信号。

（3）控制器：对接收到的同步角度信号进行处理，实现对电机的控制和调节。

2.软件算法在硬件设备的基础上，需要采用相应的软件算法对同步角度信号进行处理。

常见的算法包括：（1）增量式编码器算法：通过计算霍尔传感器输出的脉冲数量，获得电机转子的位置和角度。

（2）绝对式编码器算法：通过解析霍尔传感器输出的编码信号，直接获得电机转子的绝对位置和角度。

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本次试验,霍尔效应及其应用，用到的实验仪器有霍尔效应实验仪和霍尔效应测试仪。

霍尔效应测试仪：工作电流输出端，工作电流调节旋钮，工作电流显示，霍尔电压输入端，霍尔电压显示，励磁电流输出端，励磁电流调节旋钮，励磁电流显示。

霍尔效应实验仪：
工作电流输入端，霍尔电压输出端，励磁电流输入端，二维标尺上下前后移动霍尔元件的位置（读书方法与游标卡尺一样，调节时动作要轻），C型电磁铁，面板指示牌（显示霍尔器件的参数），双刀双掷开关改变电流或电压方向。

本次试验有两个部分的操作内容：
1.测量霍尔元件灵敏度K H，计算载流子浓度n。

2.给定某一励磁电流的情况下，气隙中磁感应强度B的分布情况
首先，将工作电流和励磁电流旋钮逆时针调到底使电流最小，电压量程调至高量程；然后，连线。

连好线之后，闭合工作电流开关，通入5mA工作电流，预热仪器五分钟。

3.操作内容1：测量霍尔元件灵敏度K H，计算载流子浓度n：
1)移动二维标尺是霍尔元件位于电磁铁气隙中心位置，闭合励
磁电流开关，调节励磁电流600mA,通过公式计算磁场B。

2)调节
I=0.50……、5.00mA（数据采集间隔1.00mA），通过开
s
关表格中按四种组合改变Is,Im记录对应的霍尔电压V H填入
表（1），描绘I S—V H关系曲线，求得斜率K1(K1=V H/I S)。

3)据式（5）可求得K H，据式（6）可计算载流子浓度.
4.操作内容2：给定某一励磁电流的情况下，气隙中磁感应强度B
的分布情况
1)将霍尔元件置于电磁铁气隙中心，调节
I=600mA，s I=5.00mA。

M
2)将标尺水平移至0刻线，按表格四进行实验测量。

3)由以上所测
V值，由式（5）计算出各点的磁感应强度，并
H
绘出B-X图。