Эффект холла что это: Эффект Холла и его применение — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Эффект Холла — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Холл.

Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Свойства

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле с индукцией B {\displaystyle B} течёт электрический ток с плотностью j {\displaystyle j} под действием напряжённости E {\displaystyle E} . Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости

[1] будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E 1 {\displaystyle E_{1}} не скомпенсирует силу Лоренца:

e E 1 = e v B ⇒ E 1 = v B . {\displaystyle eE_{1}=evB\Rightarrow E_{1}=vB.}

где e {\displaystyle e} — электрический заряд электрона.

Скорость электронов v {\displaystyle v} можно выразить через плотность тока j {\displaystyle j} :

j = n e v ⇒ v = j n e , {\displaystyle j=nev\Rightarrow v={\frac {j}{ne}},}

где n {\displaystyle n} — концентрация носителей заряда. Тогда

E 1 = 1 n e j B . {\displaystyle E_{1}={\frac {1}{ne}}jB.}

Коэффициент R H = 1 n e {\displaystyle R_{H}={\frac {1}{ne}}} пропорциональности между E 1 {\displaystyle E_{1}} и j B {\displaystyle jB} называется

коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их знак заряда для большого числа металлов и полупроводников.

Несмотря на то, что носителями заряда в металлах являются электроны, имеющие отрицательный заряд, для некоторых металлов — например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам в достаточно сильном магнитном поле наблюдается положительный знак константы Холла R H {\displaystyle R_{H}} , что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Аномальный эффект Холла

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце, перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля (то есть явление, полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля), называется аномальным эффектом Холла

Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью^[2].

Квантовый эффект Холла

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квазидвумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый эффект Холла

В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю. Это явление, получившее название спинового эффекта Холла, было теоретически предсказано Дьяконовым и Перелем в 1971 году. Говорят о внешнем и внутреннем спиновых эффектах. Первый из них связан со спин-зависимым рассеянием, а второй — со спин-орбитальным взаимодействием.

Магнетосопротивление

Эдвин Холл проводил опыты в надежде обнаружить возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, но в слабых полях не зарегистрировал его. Также оно не следует из теории металлов Друде, расчёты по которой приводились выше. Однако при более строгих расчётах и в сильных полях магнетосопротивление проявляется достаточно хорошо.

Применение

$R_{H}$ Датчик Холла, используемый для измерения силы тока в проводнике. В отличие от трансформатора тока, измеряет также и постоянный ток.

Эффект Холла позволяет определить концентрацию и подвижность носителей заряда, а в некоторых случаях − тип носителей заряда (электроны или дырки) в металле или полупроводнике, что делает его достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников (см. Метод ван дер Пау).

На основе эффекта Холла работают

датчики Холла — приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли датчика положения ротора (ДПР), который реализует обратную связь по положению ротора и выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.

Датчики Холла применяются:

См. также

Примечания

↑ Критерий малости — внешние воздействия не разрушают присущих физической системе внутренних свойств, не осуществляют «насилия» над системой.
↑ Naoto Nagaosa, Jairo Sinova, Shigeki Onoda, A. H. MacDonald and N. P. Ong. Anomalous Hall effect (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82, iss. 2. — P. 1539—1592.

Литература

Абрикосов А. А. Основы теории металлов. — Москва: «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1987. — 520 с. — ISBN нет, ББК 22.37, УДК 539.21 (075.8).
Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. — «Мир», 1979.

Ссылки

спиновые моменты, намагниченности и эффект Холла / Блог компании ua-hosting.company / Хабр

Когда-то день начинался с чашечки кофе и утренней газеты. В наши дни любовь к кофе по утрам не утратила свою релевантность, а вот бумажные новостные издания были вытеснены смартфонами, планшетами и прочими гаджетами, подключенными к интернету. И в этом нет ничего плохого, ведь всемирная паутина позволяет нам получать информацию и общаться с людьми из разных уголков мира. С каждым днем объем данных, генерируемых в мире, неустанно увеличивается. Каждая статья, фото и даже твит из двух слов — все это является частью огромного и вечно растущего информационного поля Земли. Но эти данные не эфирны, они не витают в облаках, а где-то хранятся. Местом хранения данных служат и наши гаджеты, и специализированные учреждения — дата-центры. Здания, наполненные под завязку серверами, ожидаемо потребляют уйму энергии. Логично, что с увеличением мирового объема данных будет увеличиваться и объем потребляемой энергии. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые из Майнцского университета (Германия) разработали новую методику записи данных на сервера, которая в теории может уменьшить энергопотребление в два раза. Какие физические и химические процессы задействованы в разработке, что показали эксперименты, и настолько ли велик потенциал данного труда, как о том говорят его авторы? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Основа исследования

Корнем всего исследования является спинтроника — наука, изучающая спиновый токоперенос. Спин в свою очередь это собственный момент импульса элементарной частицы. За последние годы интерес к спинтронике сильно возрос, что позволило открыть немало нового, в том числе и переключение тока с помощью спин-орбитальных моментов (SOT от spin-orbit torque) в магниторезистивных запоминающих устройств с произвольным доступом (MRAM).

Одной из важнейших составляющих MRAM являются спиновые вентили. Эти устройства состоят из двух или более проводящих магнитных материалов, электрическое сопротивление которых может меняться между двумя значениями в зависимости от относительного выравнивания намагниченности в слоях.

SOT-индуцированное переключение реализуется в бислоях ферромагнетик-тяжелый металл (FM-HM), где существует значительное демпфирование (подавление колебаний), обусловленные протеканием электрического тока вдоль направления x. SOT возникают из-за спинового эффекта Холла в объеме HM материала и из-за обратного спин-гальванического эффекта на интерфейсе FM-HM.

Ранее проведенные исследования показали, что значение демпфированого SOT может быть достаточно большим, чтобы переключать направление намагничивания при низких плотностях тока (до 10⁷–10⁸ А/см^-2).

Параметры образца (например, состав и толщина слоя гетероструктуры FM-HM) можно регулировать для определения величины и знака SOT. Но, как заявляют ученые, куда более важно получить динамический контроль в реальном времени над самими SOT.

Одним из энергоэффективных инструментов для получения этого контроля является механическое напряжение, вызванное электрическим полем. Ученые напоминают, что избегая необходимости в электрическом токе и, таким образом, устраняя связанные с этим потери, деформация эффективно настраивает магнитные свойства (например, магнитную анизотропию) и, следовательно, магнитную доменную структуру и динамику тонких пленок в плоскости. Более того, поскольку деформация может применяться локально, она предоставляет площадку для разработки и реализации сложных концепций коммутации в устройствах с упрощенной архитектурой.

Ранее уже были предприняты попытки исследовать влияние деформации на переключение за счет SOT, в первую очередь изучалось влияние деформации на анизотропию и возникающее в результате влияние на переключение. Кроме того, предыдущие исследования были сосредоточены исключительно на системах с плоской магнитной осью, а экспериментальные исследования в перпендикулярно намагниченных многослойных материалах не проводились.

Однако, по мнению авторов сего труда, именно в перпендикулярно намагниченных многослойных материалах кроется большой потенциал. В частности, перспективность использования систем с перпендикулярной магнитной анизотропией (PMA от perpendicular magnetic anisotropy) обусловлена повышенной термостабильностью, более высокими плотностями упаковки и улучшенным масштабированием.

В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые продемонстрировали электрически индуцированный контроль напряжения (механического) SOT в перпендикулярно намагниченных мультислоях W=CoFeB=MgO, выращенных на пьезоэлектрической подложке. SOT оцениваются методом вторичного квантования и магнито-транспортным методом при плоском напряжении разного характера и величины.

Результаты исследования

Было установлено, что деформация, модулируемая электрическим полем, приложенным к пьезоэлектрической подложке, приводит к отчетливым откликам спинов.

Изображение №1

На изображении 1а показана схема датчика Холла* крестового типа, используемого для измерений демпфирующих (DL) и полевых (FL) SOT полей в мультислое Вт (5 нм) / CoFeB (0.6 нм) / MgO (2 нм) / Ta (3 нм). Мультислой был выращен на подложке [Pb(Mg_0.33Nb_0.66O₃)]_0.68 (011) (сокращенно PMN-PT), которая использовалась для электрической генерации механических напряжений. На 1b показан снимок устройства, сделанный оптическим микроскопом.

Эффект Холла* — возникновение поперечной разности потенциалов при размещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Устройства Холла бывают трех типов: а — датчик Холла крестового типа; b — разделитель тока; с — датчик магнетосопротивления.

Одноосная деформация в плоскости была получена путем приложения вне-плоскостного электрического поля постоянного тока к пьезоэлектрической PMN-PT(011) подложке.

Обычно реакция пьезоэлектрической деформации на приложенное электрическое поле имеет гистерезисный характер. Однако электрические поля, которые превышают коэрцитивное* поле, характерное для материала, полюсует подложку и приводят к режиму, в котором генерируемая деформация характеризуется линейным откликом.

Коэрцитивная сила* — значение напряженности магнитного поля, необходимого для полного размагничивания вещества.

Линейный режим поддерживается до тех пор, пока подложка не будет сдвинута в другом направлении путем приложения электрических полей, больших, чем противоположное коэрцитивное поле. Поэтому перед первыми измерениями, но после процесса структурирования, к PMN-PT подложке было применено полюсование посредством электрического поля +400 кВ/м.

Далее использовали именно электрические поля постоянного тока, позволяющие изменять деформацию в режиме линейного отклика, поскольку это обеспечивает надежный электрический контроль над индуцированной деформацией.

Стоит также отметить, что пересечение Холла было изготовлено таким образом, чтобы его плечи были ориентированы вдоль направлений [011] и [100] подложки PMN-PT (011), которые соответствуют направлениям растяжения и сжатия соответственно.

Для начала была проведена характеризация магнитного гистерезиса системы при нулевом электрическом поле постоянного тока.

На изображении 1b показана аномальная линия напряжения Холла с вне-плоскостным магнитным полем (μ0 Гц), измеренная для W=CoFeB=MgO=Ta при 0 кВ/м (красная линия), демонстрирующая переключение легкой оси (оси легкого намагничивания), характерное для множеств тонких мультислоев CoFeB.

Цикл вне-плоскостного намагничивания, измеренный при 400 кВ/м (черная линия), накладывается поверх напряжения Холла (красная линия) и не показывает значительных изменений из-за генерируемой деформации. Это говорит о том, что система всегда имеет доминирующую перпендикулярную магнитную анизотропию.

Изображение №2

Графики выше показывают типичные внутри-плоскостные зависимости полей первой (V_1ω) и второй (V_2ω) гармоник напряжения Холла, когда к текущей линии был применен переменный ток с плотностью j_с = 3.8 х 10¹⁰ А/м^-2.

Напряжение постоянного тока было установлено на 0, поэтому на кресте Холла не создавалось никакого напряжения. Графики продольного (2a) и поперечного (2b) полей демонстрируют ожидаемые симметрии: для продольного поля наклоны V_2ω и наклоны поля одинаковы для обоих направлений намагниченности вдоль +z (+M_z) или -z (-M_z), тогда как для поперечного поля их знак становится противоположным.

Далее ученые провели анализ поперечной (μ₀ΔH_T) и продольной (μ₀ΔH_L) компоненты поля SOT для обоих направлений намагниченности M_z и определили среднее значение этих компонент как функции приложенной плотности тока j_c (2c).

Изображение №3

Графики выше показывают результаты зависимости от электрического поля. Было определено, что полевой (FL) SOT существенно не меняется при растягивающих и сжимающих деформациях (3а и 3с). Напротив, на 3b видно, что растягивающая деформация увеличивает демпфирующий (DL) SOT в 2 раза при приложении 400 кВ/м (0.03% напряжение).

С другой стороны, когда ток течет вдоль направления деформации сжатия, величина DL момента уменьшается с увеличением деформации.

Из этого следует, что величина DL момента увеличивается при приложении электрически индуцированной растягивающей деформации и уменьшается при сжимающей деформации.

Чтобы понять микроскопическое происхождение экспериментально наблюдаемой деформационной зависимости FL и DL SOT, были проведены функциональные расчеты по методике теории функционала плотности электронной структуры Fe_1-xCo_x/W(001), состоящей из перпендикулярно намагниченного монослоя и немагнитных подложек.

Изображение №4

Как показано на 4а, во время расчетов кристаллическая структура намеренно расширялась или сужалась, сохраняя постоянную площадь в плоскости элементарной ячейки, чтобы учесть эффект одноосной деформации. Эта деформация может быть определена количественно по соотношению δ = (a’_j — a_j)/a_j, где a_j и a’_j обозначают постоянную решетки вдоль j-направления в плоскости в расслабленном и искаженном состоянии соответственно. Как следствие, любая конечная деформация уменьшает исходную симметрию кристалла с C_4v до C_2v.

Основываясь на расчетах электронной структуры, была получена зависимость SOT от δ (4b), которая проявляет те же качественные характеристики, что и в фактическом эксперименте.

Поскольку FL и DL SOT происходят из разных электронных состояний, они обычно следуют различным зависимостям от структурных особенностей. Было установлено, что величина DL момента линейно возрастает по отношению к растягивающей деформации и линейно уменьшается по отношению к сжимающей. Например, расширение решетки на 1% вдоль направления электрического поля значительно увеличивает проводимость DL моментов (примерно на 35%).

Чтобы более точно оценить это наблюдение, было проведено сравнение (4с) распределений в пространстве микроскопических вкладов в DL SOT для релаксированных и деформированных пленок. В отличие от занятых состояний вокруг точки М, которые являются едва важными, электронные состояния вблизи точек высокой симметрии Γ, X и Y составляют основной источник проводимости DL. В частности, растягивающая деформация способствует сильным отрицательным вкладам вокруг X и Y, что приводит к общему увеличению проводимости.

Чтобы связать полученные данные с имеющейся электронной структурой, ученые обратили внимание на орбитальную поляризацию состояний в магнитном слое, где преобладающей силой являются d электроны.

В то время как d_xy, d_{x² − y²} и d_z² не зависят от знака приложенной деформации δ, состояния d_yz и d_zxявно изменяются относительно деформации растяжения или сжатия. Примечательно, что эти орбитали также опосредуют гибридизацию с подложкой из тяжелого металла. Из этого следует, что их зависимость от структурных особенностей дает дополнительное понимание SOT в исследуемых тонких пленках.

В качестве примера ученые предлагаю рассмотреть деформационное изменение плотности состояний d_yz в магнитном слое по сравнению со случаем с четырехкратной вращательной симметрией (4d).

В то время как плотность состояний ↓* на уровне Ферми практически не зависит от деформации растяжения, состояния ↑ явно перераспределяются. Как показывает орбитальная поляризация на 4e, этот эффект обусловлен выраженными δ-управляемыми изменениями поляризации d_yz вокруг точки X, что коррелирует с изменениями проводимости DL (4с).

Спиновый канал* — одно из направления ориентации спина (вверх или вниз).
Индекс s = ↑, ↓ обозначает спиновое состояние электронов в ферромагнетиках: ↑ — спиновую подзону большинства электронов, ↓ — спиновую подзону меньшинства электронов. Кроме того, индекс s =↑, ↓ обозначает спиновое состояние электрона в спиновых каналах проводимости.

Используя данные, полученные из расчетов электронной структуры, ученые обнаружили, что различная природа наблюдаемых экспериментально особенностей FL и DL моментов происходит из уникальных изменений орбитальной поляризации электронных состояний из-за искажений решетки.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Как заявляют авторы труда, помимо раскрытия ключевой роли гибридизированных состояний на интерфейсе FM-HM, результаты исследования предлагают четкую схему для рукотворных спин-орбитальных явлений. Используя сложное взаимодействие спинового и орбитального магнетизма, спин-орбитальной связи и симметрии, можно адаптировать величину SOT в многослойных устройствах, создавая орбитальную поляризацию состояний вблизи энергии Ферми по отношению к деформации.

Стоит также отметить, что это исследование позволяет расширить возможности инженерии в области проектирования устройств с динамической настройкой SOT в перпендикулярно намагниченных многослойных системах с помощью электрически управляемого напряжения (механического).

Это громкое заявление обусловлено тем, что деформация может генерироваться локально и накладываться на выбранные части области переключения. Следовательно, можно настроить плотность тока таким образом, чтобы DL спин мог одновременно регулировать направление намагничивания в областях с напряжением, но не затрагивать области без напряжения. Затем выбранные области могут быть изменены по требованию за счет использования другой конфигурации электрических полей, что обеспечивает дополнительный уровень контроля.

Все это означает, что с помощью конкретных схем деформации областей переключения посредством электрических полей можно создать энергоэффективную многоуровневую ячейку памяти.

Приложение деформации к исследуемой структуре W=CoFeB=MgO во время опытов привело к отчетливо различным изменениям FL и DL спинов. Причем как отмечают ученые, DL спин может быть увеличен в 2 раза, если деформацию растяжения прикладывать параллельно течению тока.

Другими словами, можно получить прямой контроль над характеристиками процесса магнитного переключения посредством регулировки электрического поля, которое воздействует на пьезоэлектрический кристалл. Это приводит к значительному снижению энергопотребления, а также дает возможность создавать сложные архитектуры для хранения информации.

В дальнейшем ученые планируют продолжить как практические опыты, так и сопряженные с ними расчеты, чтобы выяснить, где и как возможно усовершенствовать этот сложный процесс. Однако, несмотря на сложность создания подобных систем, их потенциал крайне велик, ибо снижение энергопотребления приводит не только к экономии для провайдеров и потребителей услуг хранения информации, но и значительно снижает и без того сильное давление со стороны человечества на экологию.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Телефоны с датчиками Холла. Что такое эффект Холла и как он используется в смартфонах?

Автор Исхаков Максим На чтение 3 мин. Просмотров 47 Опубликовано 01.06.2020 Обновлено 01.06.2020

Многим людям совершенно неизвестен физический феномен под названием Эффект Холла. Тем не менее, он очень часто используется в смартфонах и планшетах. В чем заключается этот эффект и чем он может быть полезен в телефоне?

Датчик Холла – что это такое?

Эффект Холла – это физическое явление, которое было обнаружено в конце 19 века физиком Эдвином Холлом. Если кратко, оно заключается в возникновении разности потенциалов, когда проводник с постоянным током помещается в магнитное поле. Датчик Холла обнаруживает и использует это явление, благодаря чему экран вашего смартфона автоматически выключается каждый раз, когда вы закрываете чехол, в котором хранится устройство. Чехол должен отвечать одному важному условию – в крышке, которая закрывает экран, должен быть размещен небольшой магнит. Только тогда датчик Холла сможет выполнять свои функции.

Датчик Холла – практическое применение

И как это работает на практике? Очень просто. Когда вы перестаете пользоваться смартфоном и закрываете его магнитной крышкой, датчик Холла обнаруживает магнитное поле, затем передает контроллеру соответствующую информацию – экран гаснет. Это означает, что вам не нужно каждый раз помнить о том, чтобы отключить дисплей вручную. Датчик сделает это за вас. Экран неиспользуемого телефона останется выключенным до тех пор, пока вы не откроете магнитную крышку. После этого датчик автоматически разбудит дисплей. Так работает, в частности, чехол SmartCover с мобильными устройствами Apple.

Преимущество очевидно – неактивный экран не потребляет энергии, поэтому батарея в телефоне будет дольше работать на одной зарядке.

Телефоны с датчиком Холла

Вот самые интересные мобильные телефоны, оснащенные датчиком Холла:

Samsung Galaxy S10+

Датчик Холла – это одно из многих практических решений, которое было применено в этом телефоне. Он оснащен емким аккумулятором 4100 мач, высококачественным динамиком AKG Dolby Atmos и усовершенствованной камерой, которая может записывать видео в качества 8K. 8 ГБ памяти и мощный 8-ядерный чипсет обеспечивают бесперебойную работу установленных приложений.

Huawei P30 Pro

Еще один телефон, который был оборудован датчиком Холла. Смартфон понравится всем любителям фильмов и сериалов – 6,5″ экран выполнен по технологии OLED, на котором отображаются насыщенные цвета и глубокий контраст.

Xiaomi Mi 10 5G

Xiaomi также входит в число производителей, использующих датчик Холла в своих устройствах. Телефон адаптирован для работы с сетями 5G, которые постепенно заменяют сеть 4G. Кроме того, он оснащен камерой высокого разрешения 108 Мп, большим аккумулятором 4780 мач, 8 Гб памятью и мощным процессором Snapdragon 865.

Эффект Холла — Википедия. Что такое Эффект Холла

Свойства

e E 1 = e v B ⇒ E 1 = v B . {\displaystyle eE_{1}=evB\Rightarrow E_{1}=vB.}

где e {\displaystyle e} — электрический заряд эдектрона.

Скорость электронов v {\displaystyle v} можно выразить через плотность тока j {\displaystyle j} :

j = n e v ⇒ v = j n e , {\displaystyle j=nev\Rightarrow v={\frac {j}{ne}},}

где n {\displaystyle n} — концентрация носителей заряда. Тогда

E 1 = 1 n e j B . {\displaystyle E_{1}={\frac {1}{ne}}jB.}

Коэффициент R H = 1 n e {\displaystyle R_{H}={\frac {1}{ne}}} пропорциональности между E 1 {\displaystyle E_{1}} и j B {\displaystyle jB} называется коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их знак заряда для большого числа металлов и полупроводников.

Аномальный эффект Холла

Квантовый эффект Холла

Спиновый эффект Холла

Магнетосопротивление

Применение

На основе эффекта Холла работают датчики Холла — приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли датчика положения ротора (ДПР), который реализует обратную связь по положению ротора и выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.

Датчики Холла применяются:

См. также

Примечания

↑ Критерий малости — внешние воздействия не разрушают присущих физической системе внутренних свойств, не осуществляют «насилия» над системой.
↑ Naoto Nagaosa, Jairo Sinova, Shigeki Onoda, A. H. MacDonald and N. P. Ong. Anomalous Hall effect (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82, iss. 2. — P. 1539—1592.

Литература

Абрикосов А. А. Основы теории металлов. — Москва: «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1987. — 520 с. — ISBN нет, ББК 22.37, УДК 539.21 (075.8).
Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. — «Мир», 1979.

Ссылки

Холла эффект

В начало на лист изменений

Холла эффект.

Как оказалось, не все так просто у Холла.

Для справки можно сбегать по ссылкам.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Холла

http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/147683/Холла

Возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле.

В первом варианте статьи высказывались в основном только сомнения в правильном толковании эффекта с позиции силы Лореца и с позиции теории свободных электронов. По прошествии времени уверенность окрепла, и появились, на мой взгляд, достаточно убедительные основания подтвердить это более правдоподобными рассуждениями.

Вообще хитрая штука. Проводник должен иметь размеры: длина значительно больше и ширины и высоты. При других геометрических формах кроме параллепипеда, например, проводника круглого сечения даже информации нигде не найти. Кроме того, толщина пластинки, как правило, делается минимальной. Это непонятно, и никем не объяснено. Еще никто не объяснял, почему отрезок проводника должен быть законтачен именно посредине.

Похоже, что это просто особенности, при которых удалось поймать этот эффект. А в последствии и использовать.

Само появление этого эффекта говорит о том, что если в точке контакта (пересечения двух проводников) изменяется распределение токов под действием магнитного потока, то нарушается один из законов электрики, закон Киркгофа.

Все выглядит очень серьезно.

Если применять прямой контакт проводников получится обычное разветвление электрической цепи с параллельным разветвлением и никак иначе. Эдс будет просто зависеть от основного тока и сопротивления этих ветвей. Во всех источниках или нагло врут или мы имеем дело с гораздо более сложным и красивым явлением. Почему, да потому что тогда в электротехнику вклинивается эффект зависимости токов в местах пересечений с контактом одинаковых по химическому составу проводников, контактом проводников с разным химическим составом, и комбинаций контактов различных проводников, полупроводников от наличия внешнего магнитного потока. Токи если и малые, но все таки, вносящие свою лепту в работу электрических схем. И не только внешнего магнитного поля, но и от нагрева, а также от освещения, если использовать соответствующие полупроводники или их комбинации.

То есть эффект Холла можно уже объединить с массой не только гальваномагнитных явлений.

А современные нанотехнологии должны уже всерьез учитывать этот эффект.

Начнем с того, что прямая пайка проводников к такой пластине не даст обнаружить чистого действия эффекта.

Отступление.

Опыт с магнитной стрелкой и проводником проводился еще Эрстедом, Затем тоже самое проведено Фарадеем с магнитом и движущимся в магнитном поле проводником (пластиной или диском). А это как раз и будет исходным опытом. Ведь движение проводника, как раз и замещает движение самих свободных электронов в этом проводнике. Араго провел опыт с вращением диска и параллельно расположенным вращающимся в такт магнитом.

Как-то Холл не сопоставил, забыл об этом и не вспомнил о массе предшественников. Все объяснение сегодня делается от сил Лоренца, неизвестно как берущихся у электронов, дескать, магнитное поле смещает эти электроны, о боже!!! Имеющие магнитный момент, как оказывается, смещаются они то не к полюсу магнита, а в сторону от него. Это к слову о принципиальной невозможности либо использования силы Лоренца, либо магнитного момента

Действие силы Лоренца на движущийся отрицательный заряд в проводнике

Рис. 1

На противоположной стороне скапливаются положительные заряды.

Что получается с силой Лоренца. Вопреки всякой логике скорость электронов направлена в сторону противоположную направлению самого тока. От Минуса к плюсу.

Далее представим более на наш взгляд качественные объяснения.

Начнем с того, что получается при отсутствии тока, Если в точке съема эдс напрямую припаять или вварить провода к такому проводнику, то никакой заметной эдс Холла мы не обнаружим. Обнаружим контактную разность потенциалов прежде всего. Посмотрим на Нерста-Эттингхаузена эффект. 1886 г. Возникновение электрического поля в металлах и полупроводниках при наличии перпендикулярного к нему магнитного поля и градиента температуры.

От себя – вдоль проводника. Еще и поперечный (эффект Нернста). Посмотрим на Эттингсгаузена (-Кернота) эффект. В направлении перпендикулярном к направлению магнитного поля и направлению тока возникает температурный градиент (разность температур). Два эффекта.

Для дырок у коэффициента Холла вместо заряда электрона подставляют с обратным знаком заряд того же электрона. И Это у металлов?????!!!!!!!!!

Откуда у Золота и железа берутся дырки, это не полупроводники.

Для проводника Эдс Холла снимают, устроив двойной конденсатор между боковыми поверхностями, то есть, приклеив или напылив изолирующую прокладку между проводником и якобы контактами. Но это с проводником. Что уже чисто внешне будет напоминать пьезоэффект. Кристалл-диэлектрик между двумя пластинами-контактами.

С полупроводником несколько иначе, там можно и типа прямой точечный контакт, выполняющий, в силу односторонней проводимости, роль такого конденсатора, как принято индий-германий. Эдс холла снимается так и только так. Да и p-n переход просто обязан иметь собственную емкость, а значит и означенное в определении эффекта электрическое поле, перпендикулярное магнитному потоку.

Тут по классической теории идут сплошные разговоры и математика никак не объясняющие причин возникновения эдс. Никак при этом не рассматривается зависимость эдс не только от материала пластины, но материала самого контакта. Делаются только эмпирические предположения.

При рассмотрении в учет совсем не принимаются:

контактная разность потенциалов,

эффект Пельтье,

Кикоина-Носкова эффект,

Дембера эффект,

МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФффект

Нернста — Эттингсгаузена Эффект

Риги — Ледюка Эффект

Эттингсгаузена Эффект

И многих других эффектов напрямую связанных с данным.

То есть исследование не проводилось на всю катушку и теоретическая сторона этого дела в качественном аспекте и понимании неудовлетворительна.

Начнем с электростатики… ток не создает электрического поля, только магнитное. Поэтому объяснение с позиции работы силы Лоренца выглядит несколько неубедительным. К тому же, как выяснилось, переносчиком тока не является элементарный электрический заряд. Значит и никаких полей, потому как и с магнитным полем приходится распрощаться по причине опять же вполне понятным. Все те же заряды и их магнитный момент. И непонятный носитель магнитного поля в виде виртуального фотона – кванта магнитного взаимодействия.

http://fatyf.narod.ru/ELECTRON.htm

Просто имеем два потока излучения различных по спектральному составу.

Материал проводника по-разному на них реагирует. В частности парамагнетики и диамагнетики по-разному взаимодействуют с магнитным потоком.

Одни из них втягиваются в поток, другие выталкиваются.

Сам ток стремится выйти из магнитного потока в сторону, зависящую от его направления. Это следует из опытов.

Получается, ток уже по умолчанию имеет право быть хотя бы частично отклонен в сторону. И поскольку все это происходит в одном проводнике, имеются веские основания для возникновения разницы потенциалов между плоскостью, в сторону которой отклоняется ток, и плоскостью где тока нет.

Точнее это канал в проводнике, по которому течет ток. Почему канал?

Отступление.

В газах образование канала явно видно при прохождении электрического разряда (молнии). Он образуется при пониженном давлении в катодных трубках, где это особенно наглядно видно. Среда более однородна по проводимости и луч прямой, в отличие от молнии. Отклонение в сторону от магнитного потока открыто еще Томсоном в 1897 г. Нет оснований считать, что ток в металле идет по всему сечению проводника, если площадь контакта значительно меньше площади сечения проводника.

Если проводник к тому же и диамагнетик, то первое что приходит в голову, излучение отражается. Холл впервые обнаружил эффект у золота, диамагнетика.

Если проводник парамагнетик, излучение поглощается, парамагнетик намагничивается (слабо), атомы меняют ориентацию и ток отклоняется в противоположную сторону.

Как раз для парамагнетиков и появляется обратный знак коэффициента Холла.

Это алюминий, цинк, железо, кобальт. Обратный знак у меди единственный не входящий в эту последовательность. Медь – диамагнетик. Но очень посредственный.

Уд. молярная намагниченность = -5.12 x 10-11 м 3/(A*сек)

Приведем вырезку из Берклиевского курса физики. Том2.

Из приведенной таблицы видно, что медь занимает последнее место в ряду диамагнетиков.

Вообще, оказываетс,я что диамагнетизм проявляется (появляется возможность измерения) только в достаточно сильном магнитном поле. То есть динамика изменения диамагнитности не снимается.

А она должна быть с такой же неотвратимостью, как и петля гистерезиса узкая или широкая у различных ферромагнетиков.

То есть в слабых магнитных полях многие вещества, и не только медь – парамагнитны.

http://www.ooorustorg.ru/abstract/fundamental/2b.html

Что интересно, парамагнитные свойства меди обнаружены в элементарном опыте по выращиванию кристаллов в слабом магнитном поле. http://portfolio.1september.ru/work.php?id=576642

Браво учителю. Можно конечно оспаривать выводы(объяснить круги наличием атомов кислорода, но медь(64) против 4х16 по крайней мере нейтрализовать должна, а сера, присутствующая в медном купоросе тоже диамагнетик!!!)

В опытах Франка –Герца при исследовании на предмет реакции вещества на изменение напряжения показана зависимость напоминающая синусоиду.

Раз уж принято, что ток это излучение, то данный график как по форме так и по физическому содержанию должен повторять закономерность и с магнитным потоком, тоже излучением иного просто качества.

Таким образом, можно заключить даже не предполагая, что в слабых магнитных полях медь отнюдь не проявляет диамагнитных свойств.

Опять же из таблицы Менделеева следует вывод, что при нормальных условиях следует ожидать, что физические свойства меди, золота, серебра должны быть сходными.

См. статью Плотность. http://fatyf.narod.ru/density.htm

Графики в статье убедительно это доказывают, они не вычислены, а построены на данных, взятых из справочников.

Опять же вроде как открытый Планком принцип квантования энергии, с посылкой, что именно излучение распространяется квантами оказывается неверен чисто по логическим соображениям.

Это излучение квантуется веществом. Поглощается до той поры пока вещество способно поглощать, резко не изменяя своих свойств и в случае их изменения (верхний пик графика) отражает, быстро пытается восстановить первоначальное стабильное состояние, что уже в принципе невозможно. Подскок нижнего экстремума. Такое явление можно назвать памятью вещества. Запоминание в виде структуры. Это свойство наиболее заметно проявляется у ферромагнетиков в виде доменной структуры. В виде остаточной намагниченности. Как это сказывается чисто на атомах вещества? Скорее всего, это изменение плотности или размеров атома.

«Коэффицент Холла может быть положительным и отрицательным и даже менять знак с изменением температуры. Для большинства металлов наблюдается почти полная независимость коэффициента Холла от температуры. Резко аномальным эффектом Холла обладает висмут, мышьяк и сурьма. В ферромагнетиках наблюдается особый ферромагнитный эффект Холла. Коэффициент Холла достигает максимума в точке Кюри, а затем снижается.»

То есть зависимость от температуры имеется, но данные об этой почти независимости для металлов не озвучиваются.

Стоит рассмотреть опыты Фарадея с движением металлической пластины между полюсами магнита. Там простое движение приводит к возникновению тока. Теперь заменим само возвратно-поступательное движение уже наличием тока на гранях проводника. Получим взаимодействие тока с магнитным полем и его расщепление..

А теперь просто посмотрим на все эффекты двойного лучепреломления и поляризации света.

Аналогия просится совершенно очевидная.

Почему выводы располагаются посредине. Ответ опять простой. Как и при определении силы ампера, действие поля магнита распространяется только на отрезок проводника между полюсами. В случае смещения длина между зоной действия поля и местом съема эдс увеличится и увеличится сопротивление и уменьшится величина напряжения.

Почему форма такая? Да так повелось. Все тоже самое можно делать и на круглых проводниках.

Почему большую роль играет толщина пластины?

Толстая не промагничивается! И излучение (ток) рассеивается.

Небольшое примечание, эффект холла может происходить и в случае если проводник -проводящая жидкость, проводящий газ.

Если взять в учет все явления связанные с изменением внешних условий воздействующих на проводник, с током, без тока, и прицепить еще и движение такого проводника относительно источников воздействия, то вырисовывается картина общего закона.

Мы имеем дело с зависимостью динамики поведения излучения протекающего по проводнику, при его пересечении с излучениями различных частот возмущающего воздействия. Это и свет и тепло и как принято сегодня магнитного поля (излучения). И все это зависит от структуры, плотности(площадей поверхностей взаимодействия) и спектра конкретных атомов и молекул подвергнутых этим воздействиям (динамика поведения вещества). Задача исследования архи сложная и требующая накопления огромнейшей базы числовых и графических данных. Все это относится и к большинству эффектов типа двойного лучепреломления, нелинейного распространения света в кристаллах.

А основная причина кроется в изменчивости спектров атомов и молекул подвергнутых внешнему воздействию именно в твердом состоянии.

А воздействий два. Первое это электрический ток, второе это магнитный поток.

Поэтому важно как ведет себя атом диамагнетика или парамагнетика

Под действием электрического тока.

Пример: эффект Зеемана.

Аномальный эффект Холла.

Появление эдс и в отсутствие магнитного потока.  По мнению спецов от теории относительности:

«Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является «нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе»  http://ru.wikipedia.org/wiki/T-симметрия

Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью.»

  «В ферромагнетиках на электроны проводимости действует не только внешнее, но и внутреннее магнитное поле: В = Н + 4pМ. Это приводит к особому ферромагнитному эффекту Холла Экспериментально обнаружено, что Ex= (RB + RaM) j, где R — обыкновенный, a Ra — необыкновенный (аномальный) коэффициент Холла. Между Ra и удельным электросопротивлением ферромагнетиков установлена корреляция.»

В представленном варианте (рис.) немудрено возникновение эффекта, так как магнитный поток проходит непосредственно в ферромагнетике(внутри проводника и магнита одновременно.)

Про корреляцию и так можно было бы догадаться.

Привлечение обращения времени является не более чем пародией на романы Герберта Уэльса.

Вот только вопрос, изменяется ли удельное сопротивление ферромагнетика в процессе намагничивания (продольное и поперечное)

К сожалению, у америкосов все за бабки. Оригинал статьи естественно тоже. http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v82/i2/p1539_1

Хотя по введению и так все ясно. Очередное квантовомеханическое оправдание с примесью теории относительности.

Квантовый эффект Холла.

http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1167675

стоит только сравнить графики.

Де Хаза-Ван Альфена эффект.

При низких температурах у металлов: висмут, бериллий, цинк, и полупроводников наблюдается осцилляционное изменение магнитной восприимчивости при плавном увеличении напряженности магнитного поля. Обратный эффект смотри ниже.

Шубникова-Де Хааза эффект.

В магнитных полях 104-105 эрстед при низких температурах у всех металлических кристаллов наблюдается осциллирующая зависимость электросопротивления от магнитного поля. Объясняется следствием квантования движения электронов в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Как правило, квантовая осциллирующая зависимость в виде небольшой ряби наложена на обычную зависимость сопротивления от магнитного поля.

Ну, прямо шедевр квантовой механики. Во-первых,  раз удалось поймать осцилляцию, значит частота этой осцилляции практически заметна глазу. То есть  в цифрах это изменение какого-то знака после запятой не очень далеко от нее стоящего. И всего максимум сотня другая точек. На графике эту осцилляцию видно, значит частота уж очень маленькая. А во-вторых, частота вращения электронов, если бы это были они, несравнимо выше. К тому же по той же квантовой теории орбиты электронов непредсказуемы, это облако. Неооопределенность Гейзенберга и модель атома Резерфорда-Бора. Правда последнее время появились и другие модели ничуть не улучшающие ситуации.

Так что о перпендикулярном полю движении (вращении) электронов и говорить не стоит. И перпендикулярность под сильным вопросом. Также проблематично и скачкообразное перемещение свободных электронов поперек проводника перпендикулярно электрическому полю. Во-первых их нет, а если бы и были то как скачут? И возникает вопрос: а не видоизмененный ли это эффект Холла. А осцилляцию можно объяснить, внимательно посмотрев на опыты Франка-Герца и повторив их в магнитном поле, даже без сверхпроводимости.

Также последние два эффекта перекликаются с Баркгаузена эффектом приведенным выше.

Фатьянов А.В.  24 .02.2010---21.10.2010

В начало на лист изменений

Эффект Холла Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Холл. Эффект Холла
1. Электроны
2. Зонд
3. Магниты
4. Магнитное поле
5. Источник тока
Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.
Содержание
1 Свойства
2 Аномальный эффект Холла
3 Квантовый эффект Холла
4 Спиновый эффект Холла
5 Магнетосопротивление
6 Применение
7 См. также
8 Примечания
9 Литература
10 Ссылки
Свойства[ | ]
В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле с индукцией B {\displaystyle B} течёт электрический ток с плотностью j {\displaystyle j} под действием напряжённости E {\displaystyle E} . Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости^[1] будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E 1 {\displaystyle E_{1}} не скомпенсирует силу Лоренца:
e E 1 = e v B ⇒ E 1 = v B . {\displaystyle eE_{1}=evB\Rightarrow E_{1}=vB.}
где e {\displaystyle e} — электрический заряд электрона.
Скорость электронов v {\displaystyle v}
29. Эффект Холла и его применение.
Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 годув тонких пластинках золота.
Впростейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле  течёт электрический ток под действием напряжённости . Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определённости электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости^[1] будет служить условие, что при этом электрон не начнёт двигаться по циклоиде.
Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положительного возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца:

Скорость электронов  можно выразить через плотность тока:

где — концентрация носителей заряда. Тогда

Коэффициент  пропорциональности между  и  называется коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам), в сильных полях наблюдается положительный знак , что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.
Аномальный эффект Холла
Случай появления напряжения (электрического поля) в образце, перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля (то есть явление, полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля), называется аномальным эффектом Холла.
Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью^[2].
Квантовый эффект Холла
Основная статья: Квантовый эффект Холла
В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квазидвумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.
Спиновый эффект Холла
Основная статья: Спиновый эффект Холла
В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю. Это явление, получившее название спинового эффекта Холла, было теоретически предсказано Дьяконовым и Перелем в 1971 году. Говорят о внешнем и внутреннем спиновых эффектах. Первый из них связан со спин-зависимым рассеянием, а второй — со спин-орбитальным взаимодействием.
Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла
В этом руководстве мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор
Эффект Холла — наиболее распространенный метод измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и находят множество современных применений. Например, они используются в автомобилях в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала.Также они часто используются как переключатели, компасы MEMS, датчики приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.
Что такое эффект Холла?
Вот эксперимент, который объясняет эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы настроим ток, протекающий через нее, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямой поток носителей заряда из-за силы, называемой Сила Лоренца (Википедия).В таком случае электроны будут отклоняться на одну сторону пластины, а положительные отверстия — на другую сторону пластины. Это означает, что если мы теперь поместим измеритель между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

Таким образом, эффект получения измеримого напряжения, как мы объяснили выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году.
Датчики эффекта Холла
Основной элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно производятся со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

Существует два типа датчиков Холла: один обеспечивает аналоговый, а другой цифровой выход. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальной схемы видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорционален выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения приближения из-за их непрерывного линейного выхода.

С другой стороны, цифровые выходные датчики обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ».Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал может быть высоким или низким. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить это в моем конкретном руководстве. Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

Другим современным применением датчиков Холла является измерение скорости вращения колеса / ротора или числа оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые расположены рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, он изменяет окружающее магнитное поле, в результате чего выходной сигнал датчика становится высоким или низким.Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой прямоугольный сигнал, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.
.
Что такое эффект Холла? — Блог Digilent Inc.

Добро пожаловать в блог Digilent!
Роботы, которые бегают на моторах, очень милые. Эти двигатели обычно представляют собой двигатели постоянного тока, которые управляются с помощью H-образного моста, который может изменять поток тока, чтобы двигатель мог вращаться вперед или назад. Модули H-моста, такие как Digilent PmodHB3 или PmodHB5, также обычно имеют два контакта, помеченные как Sensor A и Sensor B, которые определяют направление вращения двигателя.Два датчика, A и B, будут подключены к выходам компонентов, известных как датчики эффекта Холла. Неудивительно, что они измеряют эффект Холла. Но вместо того, чтобы сталкиваться с проблемой «слова в определении», давайте узнаем некоторые практические детали.
Положительные и отрицательные носители заряда прижаты к обеим сторонам пластины. Изображение с сайта electronics-tutorials.ws.
В общих чертах, когда ток проходит через компонент, такой как кусок металла, он будет проходить по пути наименьшего сопротивления.Как правило, этот путь наименьшего сопротивления будет самым коротким и относительно прямым путем от стороны высокого напряжения компонента к стороне низкого напряжения. Однако, если магнитное поле расположено перпендикулярно прямолинейному пути тока, протекающего через полупроводник, носители заряда в текущем потоке испытывают то, что известно как сила Лоренца. Эта сила заставляет заряженные частицы перемещаться к одной стороне полупроводника или к другой, в зависимости от того, заряжены они положительно или отрицательно.
Два датчика Холла расположены под углом 90 градусов друг к другу.
Это разделение зарядов и результирующий перепад напряжений известны как эффект Холла. Результирующее напряжение затем может быть подано на транзистор или системную плату, чтобы показать, насколько силен эффект Холла на этом конкретном полупроводнике. Итак, как это относится к двигателям постоянного тока? Если в нашем двигателе постоянного тока есть постоянный магнит в небольшой части на внешней стороне двигателя, мы можем разместить два датчика Холла в квадратуре к двигателю.Проще говоря, это означает, что, если смотреть на верхнюю часть вращающегося двигателя, два датчика Холла расположены под углом 90 ° друг к другу. Таким образом, магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, будет влиять только на датчик Холла, который находится непосредственно перед ним, и не будет влиять на тот, который перпендикулярен (на 90 градусов) к нему. С помощью этой конфигурации можно определить, в какую сторону вращается двигатель, на основе того, какой датчик выдает напряжение первым в течение установленного периода времени.Вы также можете определить, насколько быстро ваш мотор вращается, основываясь на разнице во времени между конкретным датчиком и его максимальным значением и шириной вашего мотора.
Датчик на эффекте Холла испытывает перепад напряжения при приближении к нему магнита. Изображение из Википедии.
Не стесняйтесь оставлять комментарии, если у вас есть вопросы!
.
Принцип Холла #Melexis
Принцип эффекта Холла назван в честь физика Эдвина Холла. В 1879 году он обнаружил, что, когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к пути тока. Распространенная аналогия, популярная во время открытия Холла, заключалась в том, что электрический ток в проводе течет по трубе. Согласно теории Холла, сила магнитного поля приравнивается к току, что приводит к скоплению одной стороны «трубы» или провода.Теория электромагнитного поля позволила более тонко интерпретировать физику, ответственную за эффект Холла.
Хорошо известно, что эффект Холла возникает в результате взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля. Превосходное, подробное, но хорошо читаемое объяснение можно найти в книге Эда Рамсдена «Датчики эффекта Холла; теория и приложения». А также в Википедии.
Первоначально это открытие использовалось для классификации химических образцов.Разработка полупроводниковых соединений арсенида индия в 1950-х годах привела к созданию первых полезных магнитных инструментов на эффекте Холла. Датчики на эффекте Холла позволяют измерять постоянное или статическое магнитное поле, не требуя движения датчика. В 1960-х годах популяризация кремниевых полупроводников привела к появлению первых комбинаций элементов Холла и интегральных усилителей. Это привело к созданию теперь уже классического переключателя Холла с цифровым выходом.
Продолжающееся развитие технологии датчиков Холла привело к переходу от одноэлементных устройств к двойным ортогонально расположенным элементам.Это было сделано для минимизации смещений на выводах напряжения Холла.
Следующим шагом вперед стали квадратные или четырехэлементные преобразователи. В них использовались четыре элемента, ортогонально расположенных в виде моста. Все кремниевые сенсоры той эпохи были построены на основе процессов биполярного перехода в полупроводниках.
Переход на КМОП-процессы позволил реализовать стабилизацию прерывателя в усилительной части схемы. Это помогло уменьшить ошибки за счет уменьшения ошибок смещения входного сигнала на операционном усилителе.Все ошибки в схеме стабилизации без прерывателя приводят к ошибкам порога точки переключения для датчиков цифрового типа или ошибкам смещения и усиления в датчиках с линейным выходом.
Современное поколение КМОП-датчиков Холла также включает схему, которая активно переключает направление тока через элементы Холла. Эта схема исключает ошибки смещения, характерные для полупроводниковых элементов Холла. Он также активно компенсирует ошибки смещения, вызванные температурой и деформацией. Общий эффект переключения активной пластины и стабилизации прерывателя дает датчики эффекта Холла с улучшением на порядок дрейфа точек переключения или ошибок усиления и смещения.
Melexis использует исключительно процесс CMOS для достижения наилучшей производительности и наименьшего размера микросхемы. Текущие разработки в технологии датчиков на эффекте Холла можно объяснить, главным образом, интеграцией сложных схем формирования сигнала в ИС Холла.
Melexis представила первую в мире программируемую линейную ИС Холла. Он обеспечивает программируемые функциональные характеристики, такие как усиление, смещение, температурный коэффициент усиления (для компенсации тепловых зависимостей различных магнитных материалов).В новейшие ИС Холла встроены ядра микроконтроллеров, чтобы сделать датчик еще более «умным» с программируемыми алгоритмами ПЗУ для сложной обработки сигналов в реальном времени.
Пример использования Melexis эффекта Холла
Продукция Melexis с эффектом Холла
.
Что такое эффект Холла? — Угол Холла, применение эффекта Холла
Определение: Когда кусок металла или полупроводника помещается в магнитное поле, точнее в поперечное магнитное поле , и через него проходит постоянный ток, затем электрическое поле проявляется по краям металлического или полупроводникового образца. Это явление называется эффектом Холла .
Объяснение эффекта Холла
Рассмотрим кусок металла, помещенный в магнитное поле.А магнитное поле перпендикулярно металлическому или полупроводниковому образцу. Теперь постоянный ток пропускается через металлический или полупроводниковый образец таким образом, чтобы ток проходил в положительном направлении оси X.

Магнитное поле прикладывается таким образом, что магнитное поле действует в положительном направлении оси Z. Согласно координатной геометрии, ось X, ось Y и ось Z перпендикулярны друг другу. Таким образом, путь прохождения тока перпендикулярен пути, по которому действует магнитное поле.
Магнитное поле действует в положительном направлении оси Z, таким образом, северный полюс можно считать направленным вверх по отношению к металлической плите, а южный полюс можно рассматривать как направленный вниз по отношению к металлической плите. Следовательно, когда ток начинает течь по металлической пластине, носители заряда испытывают силу, создаваемую магнитным полем.
Носители заряда, которые движутся в положительном направлении оси X, будут выталкиваться вниз под действием магнитной силы. В полупроводнике N-типа основной компонент, несущий ток, — это электрон, поэтому эти электроны будут выталкиваться вниз.На диаграмме, иллюстрирующей эффект Холла, совершенно очевидно, что нижняя поверхность имеет номер 1, а верхняя — номер 2.
Таким образом, в полупроводнике N-типа, когда полупроводниковая пластина помещается в магнитное поле, нижняя поверхность полупроводника становится более отрицательной по отношению к верхней поверхности, т.е. поверхность 1 будет отрицательной по отношению к поверхности 2.
В случае полупроводника P-типа нижняя поверхность будет более положительной по отношению к верхней поверхности, т.е.поверхность 1 будет более положительной по отношению к поверхности 2. Это скопление носителей заряда создаст электрическое поле. Таким образом, электрическое поле будет перпендикулярно как направлению, в котором действует магнитное поле, так и направлению, в котором течет ток.
Математическое выражение эффекта Холла
В состоянии равновесия электрическая сила, действующая на носители заряда из-за электрического поля, создаваемого из-за эффекта Холла, уравновешивает магнитную силу, действующую на носители заряда из-за магнитного поля.

Следовательно, значение плотности заряда можно определить, зная значения B, I, V _H и w.
Коэффициент Холла: Коэффициент Холла можно определить как поле Холла на единицу плотности тока на единицу магнитного поля. Математически это можно представить как: —

В внешнем полупроводнике токонесущие носители заряда относятся к одному типу: электроны или дырки, как в полупроводнике N-типа носителями заряда являются электроны, а в полупроводнике P-типа носителями заряда являются дырки.Таким образом, проводимость (σ) определяется как: —

Соотношение между подвижностью (μ), проводимостью (σ) и коэффициентом Холла (R _H) можно определить как: —

Вышеприведенное уравнение получено с учетом того, что носители заряда движутся со средней скоростью дрейфа v. В то время как носители заряда в действительности имеют случайное тепловое распределение скорости. Таким образом, согласно такому случайному распределению указанное выше уравнение можно переопределить как: —

Угол Холла: Результирующее электрическое поле (E) (из-за электрического поля в направлении X (Ex) и поля Холла, действующего в направлении Y (E _H)) составляет некоторый угол с электрическим полем в X-направление (Ex).Это называется углом Холла . Этот угол обозначен как ⱷ _H.

Применение эффекта Холла
Различные применения эффекта Холла следующие: —
Для определения полярности: Используется для определения типа полупроводника N-типа или P-типа.
Для определения концентрации носителей: Используется для определения концентрации электронов и дырок.
Определение проводимости: Эффект Холла используется для определения проводимости материала и, таким образом, его подвижности можно рассчитать.
Измерение смещения и тока: Используется для измерения смещения и тока в механических датчиках.
Измерение мощности: Измерение мощности в электромагнитной волне может быть выполнено с помощью эффекта Холла.
Эффект Холла имеет значение в различных чувствительных устройствах.Таким образом, важно подробно разбираться в его работе.
.