霍尔效应的公式(霍尔效应的原理)
霍尔效应是导电材料中电流和磁场相互作用产生的电动势效应。
这种导电材料通常是半导体材料。当半导体材料与电源相连形成回路时,电路中的电荷会发生定向运动,如下图所示:
此时,如果将这块导电板放在磁场中,电荷会受到洛仑兹力,其路径会发生偏移。电荷移位后会形成电场,电荷同时受到电场力。这个力正好与洛伦兹力相反,阻碍其运动。最后,电场力与洛伦兹力平衡,如下图所示:
如果用电表测量导电板两边的电压,就会发现形成了电动势。
我们进一步分析上述过程:
e:电场强度;
e:单个粒子的电荷量;
n:单位体积的带电粒子数;
b:磁通密度;
v:带电粒子的运动速度。
最终平衡时:
这个霍尔系数是与霍尔材料有关的参数,得到霍尔效应的核心公式:
这被称为霍尔电压。可以看出,当材料和形状确定后。
最终可以等效为下图:
霍尔效应的应用非常广泛。下面举两个我比较熟悉的汽车测试行业的例子,进一步了解霍尔效应。
检测示意图如下:
等效示意图如下:
在齿轮转动的过程中,霍尔元件的磁场会发生变化,磁通密度也会发生变化,如下图所示:
整个测试过程见下图:
当我们经常使用钳形表测量DC时,我们基本上是利用霍尔效应来测量DC。
其等效原理图如下图所示:
驱动电路提供恒定电流,该电流通过霍尔元件形成回路。当直流电流过穿过夹环的导体时,磁芯内部会产生恒定的磁通量。此时霍尔元件会处于磁场中,会产生电压差。经放大器放大、滤波后,可形成与被测导体电流成正比的电压值,然后通过采集、转换得到相应的电流,并显示在钳形表上。