Датчики магнитного поля

Задачи и вопросы

5.1. Датчик Холла в виде тонкой полупроводниковой пластины шириной l = 1 cм и длиной L = 10 см помещен в магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости пластины. К концам пластины (по направлению L) приложено напряжение U = 300 В. Холлорская разность потенциалов на гранях пластины U_Х = 1.2 В, постоянная Холла R_Х = 0,1 м³/Кл, удельное сопротивление ρ = 0,5 Ом∙м. Определить величину магнитной индукции.

5.2. Датчик Холла в виде тонкой пластины из кремния с концентрацией носителей заряда n = 5,25∙10¹⁶ м^-3 шириной b = 2 см помещен перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля (В = 0,5 Тл). Определить плотность тока, направленного вдоль пластины, если холловская разность потенциалов U_Х = 2,8 В.

5.3. Определить тип электропроводности материала датчика Холла, если эдс Холла имеет полярность, указанную на рис. 5.1. Изменится ли значение эдс Холла, если ширину датчика b уменьшить в два раза: а) при неизменных значениях напряженностей электрического и магнитного полей; б) при неизменных индукции магнитного поля В и плотности тока l датчика; в) при неизменных индукции магнитного поля В и токе I?

5.4. Пленка интимонида индия n-типа проводимости размерами l × b = 20 × 10 мм² расположена в плоскости, перпендикулярной магнитному полю Земли. Вычислить, какую разность потенциалов нужно приложить вдоль пленки (по длине l), чтобы на других ее сторонах получить эдс Холла U_Х = 1 мВ. Индукцию магнитного поля Земли принять равной 44 мкТл, а подвижность электронов μ_n = 7,8 м²/(В∙с).

Рис. 5.1. Датчик Холла

5.5. Определить магниточувствительность датчика Хол -ла марки ХАГЭ-1, изготовленного из арсенида галлия с кон -центрацией электронов n = 2∙10²¹ м^-3 толщиной = 10 мкм.

5.6. Решить предыдущую задачу для датчика ДХК из кремния с концентрацией носителей n = 2∙10²¹ м^-3 толщиной = 100 мкм.

5.7. Датчики Холла, изготовленные из различных полу -проводниковых материалов и имеющие одинаковую толщину и концентрацию носителей заряда, обладают одной и той же магниточувствительностью

Z = = = .

На какие другие параметры датчика Холла влияют: а) ширина запрещенной зоны; б) подвижность носителей за -ряда?

5.8. От каких параметров материала зависит: а) диапазон рабочих температур датчика Холла; б) минимальная концент- ация носителей заряда; в) плотность тока; г) коэффициент по -лезного действия?

5.9. Какие материалы используются для изготовления датчиков Холла, работающих при низких температурах? Чем обоснован выбор материала?

5.10. На рис 5.2 показана схема измерения угла поворота α заслонки с помощью датчика Холла. Построить статиче -скую характеристику датчика (зависимость эдс Холла от угла поворота), учитывая, что эдс пропорциональна составляющей вектора напряженности Н, перпендикулярной поверхности датчика.

5.11. По условию предыдущей задачи найти эдс Холла для углов α = 30; 140; 290 °, если при α = 0 эдс Холла состав-ляет U_Х = 1 В. При каких углах поворота эдс Холла принимает отрицательные значения?

5.12. Доказать, что при заданных напряженностях электрического и магнитного полей эдс Холла прямо пропорциональна подвижности носителей заряда.

5.13. Тонкий образец германия p-типа проводимости размерами 20 × 10 мм² расположен в плоскости, перпендикулярной магнитному полю Земли. Вычислить, какую разность потенциалов нужно приложить к противоположным торцам образца, расположенным на расстоянии 2 см один от другого, чтобы получить холловское напряжение 10 мВ. Магнитное поле Земли принять равным 44 мкВб/м² (или 44 мкТл). Подвижность дырок в германии 0,18 м²/(В∙с).

Рис. 5.2. Схема измерения угла поворота: 1 – заслонка; 2 – постоянный магнит; 3 – датчик Холла

5.14. Определить магнитную чувствительность магниторезистора из сплава InSb – NiSb, имеющего сопротивление в отсутствии магнитного поля R₀ = 50 Ом, в поле с магнитной индукцией 1 Тл магниторезистивное отношение составляет R_B/R₀ = 15.

5.15. От каких параметров материала зависит магниточувствительность полупроводниковыхмагниторезисторов?

5.16. Магнитная чувствительность магниторезистора составляет γ = 10 Тл ^-1; сопротивление в отсутствии магнитного поля R₀ = 100 Ом, в магнитном поле – R_B = 700 Ом. Определить величину индукции магнитного поля.

Дата добавления: 2015-08-20