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交直流电流探头原理.pptVIP

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磁电传感器将材质均匀的金属或半导体通电并置于磁场中,所产生的各种变化称为电磁效应。在金属或半导体薄片中通以控制电流I,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场,则在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势(霍尔电势)。这种现象称为霍尔效应。若给通有电流的金属或半导体薄片加以与电流方向垂直的外磁场,不但产生霍尔效应,而且试件的电阻值会变大。即产生磁阻效应。磁电效应霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场B之中,磁场B(沿z轴)垂直于电流IH(沿x轴)的方向,如图所示,则在导体中垂直于B和IH的方向上出现一个横向电位差UH。1霍尔效应IHUH霍尔效应的机理(一)将一块厚度为d、宽度为b、长度为L的半导体薄片(霍尔片)放置在磁场B中,磁场B沿Z轴正方向。当电流沿X轴正方向通过半导体时,若薄片中的载流子(设为自由电子)以平均速度v沿X轴负方向作定向运动,所受的洛伦兹力为fB=ev*B.fE将阻碍电荷的积聚,最后达稳定状态时有在fB的作用下自由电子受力偏转,结果向板面“I”积聚,同时在板面“Ⅱ”上出现同数量的正电荷。这样就形成一个沿Y轴负方向上的横向电场,使自由电子在受沿Y轴负方向上的洛伦兹力fB的同时,也受一个沿Y轴正方向的电场力fE。设E为电场强度,UH为霍尔片I、Ⅱ面之间的电位差(即霍尔电压),则即或将代入得式中即为霍尔系数RH。设载流子浓度为n,单位时间内体积为v·d·b里的载流子全部通过横截面,则电流强度IH与载流子平均速度v的关系为01则式可写为KH称为霍尔元件的灵敏度。考虑霍尔片厚度d的影响,引进一个重要参数KH,,02霍尔效应的机理(二)霍尔电压的特性在一定的工作电流IH下,霍尔电压UH与外磁场磁感应强度B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。在一定的外磁场中,霍尔电压UH与通过霍尔片的电流强度IH(工作电流)成正比。这就霍尔效应检测电流的原理。霍尔效应的副效应(一)在测量霍尔电压时,会伴随产生一些副效应,影响到测量的精确度,这些副效应是:1.不等位效应由于制造工艺技术的限制,霍尔元件的电位极不可能接在同一等位面上,因此,当电流IH流过霍尔元件时,即使不加磁场,两电极间也会产生一电位差,称不等位电位差U。显然,U0只与电流IC有关,而与磁场无关。2.埃廷豪森效应(Etinghauseneffect)由于霍尔片内部的载流子速度服从统计分布,有快有慢,由于它们在磁场中受的洛伦兹力不同,则轨道偏转也不相同。动能大的载流子趋向霍尔片的一侧,而动能小的载流子趋向另一侧,随着载流子的动能转化为热能,使两侧的温升不同,形成一个横向温度梯度,引起温差电压UE,UE的正负与IH、B的方向有关。由于两个电流电极与霍尔片的接触电阻不等,当有电流通过时,在两电流电极上有温度差存在,出现热扩散电流,在磁场的作用下,建立一个横向电场EN,因而产生附加电压UN。UN的正负仅取决于磁场的方向。能斯特效应(Nernsteffect)由于热扩散电流的载流子的迁移率不同,类似于埃廷豪森效应中载流子速度不同一样,也将形成一个横向的温度梯度而产生相应的温度电压URL,URL的正、负只与B的方向有关,和电流IH的方向无关。里纪-勒杜克效应(Righi-Leduceffect)霍尔效应的副效应(二)霍尔效应的副效应的消除方法由于附加电压的存在,实测的电压,既包括霍尔电压UH,也包括U0、UE、UN和URL等这些附加电压,形成测量中的系统误差来源。但我们利用这些附加电压与电流IH和磁感应强度B的方向有关,测量时改变IH和B的方向基本上可以消除这些附加误差的影响。具体方法如下:当(+B,+IH)时测量,U1=UH+U0+UE+UN+URL (1)当(+B,-IH)时测量,U2=-UH-U0-UE+UN+URL(2)当(-B,-IH)时测量,U3=UH-U0+UE-UN-URL (3)当(-B,+IH)时测量,U4=-UH+U0-UE-UN-URL(4)式(1)-(2)+(3)-(4)并取平均值,则得这样处理后,除埃廷豪森效应引起的附加电压外,其它几个主要的附加电压全部被消除了。但因UE<<UH,故可将上式写为磁电式传感器的应用

示波器电流探头随着科学技术的发展,电子技术的应用领域日益广泛,信号的频率愈来愈高,对信号的分析要求愈来愈细致。用示波器观察和检测电流信号的需求也日益频繁。探头对于示波器测量是非常关键的,把一个探头连结

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