Материал: Исследование характеристик датчиков Холла. методические указания к лабораторной работе по физическим основам получения информации. Турецкий А.В., Ципина Н.В
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе по дисциплине «Физические основы получения информации»
для студентов направления 12.03.01 "Приборостроение" (направленность "Приборостроение") всех форм обучения
Воронеж 2016
Составители: канд. техн. наук А.В. Турецкий, канд. техн. наук Н.В. Ципина, канд. техн. наук В.А. Шуваев
УДК 621.3.049.7.002 (075)
Исследование характеристик датчиков Холла: методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Физические основы получения информации» для студентов направления 12.03.01 "Приборостроение" (направленность «Приборостроение») всех форм обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; cост. А.В. Турецкий, Н.В. Ципина, В.А. Шуваев. Воронеж, 2016. 23 с.
Методические указания предназначены для проведения лабораторной работы по курсу «Физические основы получения информации». Основной целью указаний являются выработка навыков работы с датчиками Холла, уяснение их принципа действия, характеристик и параметров. Методические указания предназначены для бакалавров техники и технологии по направлению 12.03.01 «Приборостроение» всех форм обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле «LR5 FOPI.pdf».
Ил. 6. Библиогр.: 2 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. О.Ю. Макаров
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.В. Муратов
Издается по решению редакционно издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016
1.ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1.1.Цель работы
Изучение теории датчиков Холла и проведение экспериментальных исследований выдаваемых ими сигналов.
1.2. Содержание работы
Датчики Холла широко применяются в устройствах для подсчитывания количества оборотов вращения, системах зажигания двигателей внутреннего сгорания а также измерения параметров магнитных полей.
1)изучить принцип действия, конструкцию, характеристики датчиков Холла различного типа;
2)освоить методику работы с USB осциллографом;
3)изучить форму сигнала, поступающего с датчика Холла, применяемого в системах управления двигателем;
4)составить отчет о выполненной лабораторной работе. При выполнении лабораторной работы техника безо-
пасности должна соблюдаться при работе со стендом лабораторной установки.
2.ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
2.1. Задание № 1
Изучить принцип действия, конструкцию, характеристики датчиков Холла.
Для выполнения домашнего задания следует проработать содержание настоящего раздела.
В основе датчиков э. д. с. Холла лежит явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, находящихся
в магнитном поле [1]. Это явление впервые было открыто американским физиком Эдвином Холлом в 1876 г.
Рассмотрим прямоугольную пластину полупроводника с электропроводностью n-типа, расположенную, как показано на рис. 1, а.
Рис. 1. Схема возникновения э.д.с. Холла
Внаправлении оси х протекает ток Ix от внешнего источника. Пластина помещена в магнитное поле Нy, перпендикулярное направлению тока.
Вотсутствие магнитного поля электроны двигаются в пластине в направлении электрического поля Еx. В магнитном поле электроны отклоняются под действием силы Лоренца:
F e(vxBy ), |
(1) |
где е - заряд электрона; Вy -индукция магнитного поля, направленного вдоль оси у; vx= - nEx - скорость электрона в направлении тока; n - подвижность электронов. Эта сила направлена перпендикулярно как направлению магнитного поля, так и направлению тока (вдоль оси Z, рис. 1). Поэтому электроны смещаются перпендикулярно направлению их первоначального движения. При условиях, показанных на рис. 1, на зажиме А должен быть отрицательный потенциал относитель-
2
но зажима Б, так как верхняя поверхность полупроводника, к которой отклоняются электроны, будет заряжаться отрицательно, а противоположная поверхность - положительно. Заряды создают в пластине поперечное электрическое поле, названное по имени ученого полем Холла. Процесс образования объемных зарядов у поверхностей прекратится лишь тогда, когда напряженность поля Холла будет полностью компенсировать действие на электроны силы Лоренца. Условие равенства сил, действующих на электрон со стороны электрических и магнитных полей, может быть записано в виде
e(vx By ) eEz , |
(2) |
||
откуда может быть определено поле Холла |
|
||
Ez (vxBy ) n By Ex |
(3) |
||
или э. д. с. Холла |
|
||
Uz |
n y |
Ex , |
(4) |
|
|||
|
d |
|
|
где d — толщина пластины (рис. 1, б). Возникновение э. д. с. Холла называется эффектом Холла.
Протекающий через образец с шириной b и сечением S ток плотностью jx, обусловленный действием электрического поля, связан с концентрацией и скоростью электронов соотношением:
Ix jxS envxS envxbd . |
(5) |
3