霍尔元件的定义和霍尔电压

文/冯庆
专题:

一、霍尔元件的定义和霍尔电压

1、定义:霍尔元件是一种半导体磁电器件,它是利用霍尔效应来进行工作的。

2、霍尔电压:$U_H=k\frac{IB}{d}$($d$为薄片的厚度,$k$为霍尔系数)。其中$U_H$的变化与$B$成正比,所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量。

3、霍尔元件在电流、电压稳定时,载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡。

4、霍尔效应:是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象。

二、霍尔元件的相关例题

霍尔式位移传感器的磁场方向沿$x$轴正方向,磁感应强度$B$随$x$的变化关系为$B=B_0+kx$($B_0$,$k$均大于零的常数),薄形霍尔元件的工作面垂直于$x$轴,通过电流$I$沿$z$轴负方向,霍尔元件沿$x$轴正方向以速度$v$匀速运动,要使元件上。下表面产生的电势差变化得快,可以采取的方法是____

A.增大$I$ B.增大$B_0$

C.减小$k$ D.减小$v$

答案:A

解析:最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的上下表面的间距为$d$,有:

$q\frac{U}{d}=qvB$

电流的微观表达式为:

$I=nqsv$

联立计算得出:

$U=\frac{BdI}{nqs}$

A.从上式可以看出:$U$随电流的增大而增大,所以增加电流时,元件上、下表面产生的电势差变化得快;所以A选项是正确的;

B、C、D.由①式,$U$随着$B$的增大而增大霍尔元件沿$x$轴正方向以速度$v$匀速运动要使元件上、下表面产生的电势差变化得快,则需要磁感应强度变化加快:因为$B=B_0+kx$,根据可以通过增加$k$或$v$来使元件上、下表面产生的电势差变化得快;故BCD错,综上所述本题答案是A。

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