【物理】什么是霍尔电导率-学路网-学习路上 有我相伴
什么是霍尔电导率
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电导率、霍尔系数的国际单位是什么霍尔系数单位米的三次方每库仑,由半导体性质决定。电导率单位西门子每米。才做了"霍尔元件测磁场"的实验。电导率的单位是什么?西门子,1S/cm=10挡3搅ms/cm=10挡6搅us/cm.为什么霍尔效应在半导体中特别显著是载流子在磁场作用(洛伦兹力作用)下而偏离电场方向所产生的一种现象。霍尔电压与...霍尔效应也可用来测量迁移率(霍尔系数与电导率的乘积就等于迁移率)。大学物理课后全解、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。霍尔系数,载流子浓度...晶体管电压表显示的电压值是最大值。2.用逐差法处理数据的优点是什么?答:逐差法...普通金属量子霍尔效应是什么样的再增加费米能级就开始填充第二个费米能级的扩展态,这是霍尔电导增加...普通系统中相...呵呵,肯定是文献中的啊。prb73,233406田山东(站内联系TA)你的意思是这样吧:在费米...什么是霍尔电导率(图2)什么是霍尔电导率(图7)什么是霍尔电导率(图9)什么是霍尔电导率(图11)什么是霍尔电导率(图14)什么是霍尔电导率(图17)这是用户提出的一个物理问题,具体问题为:什么是霍尔电导率我们通过互联网以及本网用户共同努力为此问题提供了相关答案,以便碰到此类问题的同学参考学习,请注意,我们不能保证答案的准确性,仅供参考,具体如下:普通金属量子霍尔效应是什么样的再增加费米能级就开始填充第二个费米能级的扩展态,这是霍尔电导增加...普通系统中相...呵呵,肯定是文献中的啊。prb73,233406田山东(站内联系TA)你的意思是这防抓取，学路网提供内容。用户都认为优质的答案:怎么利用霍尔效应测载流子的浓度看是用范德堡法还是霍尔巴法了,都需要用到磁场,电流、电压源表,温度方便是常温还是变温,要看您的选择了,有疑问发邮件给我吧.防抓取，学路网提供内容。1879年,霍尔在研究截流导体在磁场中的受力情况时,发现了一种现象：给处于匀强磁场中的板状金属导体,通以垂直于磁场方向的电流时,肝在金属板的上下两表面间产生一个横向电势差,这一现象称为霍尔效应.霍尔效应不只是在金属导体中产生,在半导体或导体中同样也能产生,且半导体中的霍尔效应更加显著.什么是霍尔效应?在今汽车领域有哪些应用?利用霍尔效应,可以确定半导体的导电类型和载流子浓度,利用霍尔系数和电导率的联合...发给点火控制器来控制各缸的点火,车上的轮速传感器一般也是霍尔的。再简单说,车上...防抓取，学路网提供内容。霍尔效应是研究半导体材料性能的重要理论根据,利用半导体材料制成的霍尔元件,又称为霍尔传感器.什么是量子反常霍尔效应而且体积大概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同,因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转,反常霍尔电导是由于材料...防抓取，学路网提供内容。怎么利用霍尔效应测载流子的浓度看是用范德堡法还是霍尔巴法了,都需要用到磁场,电流、电压源表,温度方便是常温还是变温,要看您的选择了,有疑问发邮件给我吧.什么是霍尔效应?在今汽车领域有哪些应用?利用霍尔效应,可以确定半导体的导电类型和载流子浓度,利用霍尔系数和电导率的联合...发给点火控制器来控制各缸的点火,车上的轮速传感器一般也是霍尔的。再简单说,车上...什么是量子反常霍尔效应而且体积大概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同,因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转,反常霍尔电导是由于材料...什么是霍尔元件啊?它的电器符号是什么?属于回转刀位控制的一种检测原件~有磁性的~电器符号么忘啦~嘿嘿!
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一种霍尔电流传感器的电路设计
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2．4 反馈电路
&&& 零磁通霍尔传感器利用磁平衡原理：一次侧电流(被测电流)所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。当Io刚通过磁环，Is尚未形成时，霍尔元件检测出N1I0所产生的磁场信号，经放大级放大，推动驱动级。由于N2为补偿线圈，通过线圈电流不会突变，因此，Is逐渐上升，N2Is所产生的磁场补偿了N1I0所产生的磁场。因此，霍尔元件输出降低，Is上升减慢。当N2Is=N1I0时，磁场为零，霍尔元件输出为零。但由于线圈的缘故，Is还会上升，这样，N2Is&N1I0，补偿过冲，霍尔元件输出变号，输出驱动级使Is减小。如此反复在平衡点附近振荡。可以在反馈线圈上接一个精阻，通过测量电阻端的电压，计算Is的大小，通过N2Is=N1I0计算通电电流I0的大小，一般情况下N1=1。
2．5 不等位电势补偿
&&& 不等位电势是霍尔元件在加控制电流而不加外磁场时出现的霍尔电势，称其为零位误差。在分析不等位电势时，可将霍尔元件等效为一个电桥，控制电极1、3和霍尔电极2、4可看作电桥的电阻连接点。它们之间分布电阻R1、R2、R3、R4构成4个桥臂，控制电压可视为电桥的工作电压。
&&& 理想情况下，不等位电势UM=O，对应于电桥的平衡状态，此时R1=R2=R3=R4。如果霍尔元件的UM&O，则电桥就处于不平衡状态，此时R1、R2、R3、R4的阻值有差异，UM就是电桥的不平衡输出电压。只要能使电桥达到平衡的方法都可作为不等位电势的补偿方法。
&&& 本系统中不等位电势补偿方法为：在I0=0的情况下，系统上电，用万用表测试传感器的输出引脚电压值是否为零；为零则表示不等位电势UM=0。如果不等于零，用螺丝刀调节电位器W104390E使UM=0。
2．6 温度补偿问题
&&& 由于载流子浓度等随温度变化而变化，会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材料有所不同，而且温度高到一定程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。
&&& 针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻)的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。对霍尔元件进行温度补偿的方法有很多种：采用恒流源提供控制电流、合理选择负载电阻、采用热敏电阻，也可以将整个霍尔电流传感器进行监测补偿。其中最简单实用的方法就是用热敏电阻对霍尔元件进行温度补偿。
&&& 对于由温度系数较大的半导体材料(如锑化铟)制成的霍尔元件，常采用图3所示的温度补偿电路，其中Rt是热敏元件(热电阻或热敏电阻)。
&&& 图3(a)是在输入回路进行温度补偿电路，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔元件的乘积灵敏度S和输入电阻Ri变化对霍尔输出电势Vk的影响。图3(b)则是在输出回路进行温度补偿的电路，当温度变化时，用Rt的变化来抵消霍尔电势Vk和输出电阻R0变化对负载电阻RL上的电压UL的影响。安装测量电路时，应使热敏元件和霍尔元件的温度一致。
3 测试结果
3．1 连接电路
&&& 1)由DF1731SB3A型双路电源提供&18 V电压，经过电压转化芯片输出稳定的&5 V电压，给霍尔电流传感器提供工作电压，分别接传感器P1口的引脚1(GND)、2(+5 V)、3(-5 V)。P2口的引脚1为输出端，引脚3为GND。
&&& 2)仔细检查电路，确认无误后上电。霍尔传感器的输出接UNI-TUTS8A型万用表。先调节HW30082、引脚3之间的100 k&O电位器，使零点电压尽可能地接近0 mV。
&&& 3)将待检测通电导线穿过集磁环。采用的方法是在8 &O的功率电阻上施加电压，如果是交流电压电源TektronixAFG310，则产生交流电；如果是直流电源DF1731SB3A，则产生直流，通过改变电压的大小改变电流的大小。
3．2 线性度的测量
&&& 线性度是指输出对于输入的跟踪度的好坏，输出与输入有良好的线性关系。表1为测试数据，在不等位电势为0 mV时，用UNI-T UTS8A型万用表测量的数据。
&&& 当电阻两端接交流电压时，由Tektronix AFG310型交流信号源提供电压，输出接TektronixTDS型示波器，改变交流电压幅值的大小，观察示波器上波形幅度的大小。经观察线性度很好。调节AD620的放大倍数，可以使被测电流达到&99．6 A，一般的传感器电流范围为&50 A，因此该传感器的动态测试范围提高了将近50％。
经过反复的比较和遴选，《今日电子》和21ic中国电子网举办的2013年度产品奖正式揭晓…
() () () () () () () () ()矢量控制（从源头上说得很透）
你希望在你的新产品中使用无刷伺服电机吗？平时，我们可能也常碰到一些关键词，例如“梯形波式”，“正弦波式”和“矢量控制”。只有当你了解了他们的真正含义，才能在你的新设计中选择正确的产品。
在过去的十年甚至二十年中，伺服电机市场已经从有刷伺服转变成无刷伺服的市场，这主要是由无刷伺服的低维修率和高稳定性所决定的。在这十几年中，驱动部分在电路和系统方面的技术已发展的非常完善。控制方式也已经完全可以实现那些关键词所描述的功能。
大部分的高性能的伺服系统都采用一个内部控制环来控制力矩。这个内部的力矩环通过和外部的速度环和位置环的配合以达到不同的控制效果。外部控制环的设计是与匹配的电机没有关系的，而内部的力矩环的设计则与所匹配的电机的性能息息相关。
有刷电机的力矩控制是非常简单的，因为有刷电机自身可完成换相工作。所输出的力矩是和有刷电机两极输入的直流电压成正比的。力矩也可通过P-I控制回路轻松地得到控制。P-I控制回路的主要功能就是通过检测电机实际电流和控制电流之间的偏差，实时地调整电机的输入电压。
由于无刷电机自身没有换相功能，所以相对应的控制方式就比较复杂。无刷电机有三组线圈，有别于有刷电机的两组线圈。为了获得有效的力矩，无刷电机的三组线圈必须根据转子的实际位置进行相互独立的控制。这种驱动方式就充分地说明了对无刷电机控制的复杂性。
2、无刷电机基础
简单来说，无刷电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部。电流流经线圈产生磁场，三组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。通过分别控制三组线圈上的电流大小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引和排斥，力矩便可自由地得到控制。
对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩；同样，定子也能产生一个无力矩输出的磁场方向。简单地说，如果定子生成的磁场和转子永磁体的磁场方向一致，电机就不会输出任何力矩。在这种情况下，两个磁场还是存在相互的作用力的，但由于这个力的方向和转子旋转轴方向一致，所以，两个磁场只产生对轴承的压力，没有产生任何的旋转力。另一方面，如果定子产生的磁场方向正交于转子的磁场方向，这就会产生一个力让转子产生转动，而且这也就是产生最大力矩的位置。
定子产生的任意方向及大小的磁场可以被分解成平行和垂直于转子磁场方向的两个分量。这样，相互正交的磁场产生旋转力，而相互平行的磁场产生的便是对轴承的压力。出于这个原因，一个高效的无刷电机驱动的功能就是减少相互平行的磁场和让相互正交的磁场最大化。
为了便于对控制系统进行建模和分析的需要，我们按照惯例主要对线圈电流进行控制，而不是去控制定子的磁场。因为我们可以非常容易地检测电机的电流，而磁场（实际的磁通量）却很难得到。
在无刷电机中，流经三组线圈的电流直接产生了定子的磁场。由于这三组线圈被人为的按照相互120度角度差来安装的，所以三组线圈所产生的磁场也存在相互120度的角度差。而这三个磁场相互叠加便产生了定子的磁场。
为了对流经定子线圈产生的磁场进行建模，我们便引入了“空间电流矢量”的概念。固定线圈的空间电流矢量具有一个固定的磁场方向，这完全由通过线圈的磁通大小和流经线圈的电流相互作用决定的。这样，我们就可以用空间电流矢量来表征定子的磁场，这个空间电流矢量也就是三组线圈所产生的电流矢量的空间叠加。解释空间电流矢量的一个直观方式就是，我们可以假设定子仅仅由一组线圈构成，而流经这组线圈的电流所产生的磁场和前面的三组线圈产生的叠加磁场是一致的。
和定子磁场一样，定子的空间电流矢量也可以被分解成垂直和平行于转子磁体轴方向的两个分量。垂直方向的电流分量所产生磁场正交于转子的磁场，这就产生了旋转力矩。而平行于转子磁轴方向的电流分量，所产生的磁场与转子磁场一致，就不会产生任何的力矩。所以，一个好的控制算法就需要使这个平行于转子磁轴方向的电流分量最小化，因为，这个电流分量只会使电机产生多余的热量，并加剧轴承的磨损。我们需要控制线圈的电流，以使垂直于转子磁轴方向的电流分量达到最大。由此而得到的电机力矩和这个电流分量的大小成比例。
为了有效地获得持续的平稳的力矩，我们就需要一个理想的持续稳定的磁场，以产生一个稳定的定子空间电流矢量，而且这个磁场需要实时地跟随转子的旋转并与其磁场保持永远的垂直。从转子的旋转方式来看，定子的空间电流矢量在数值上应该是一个稳定值。所以在电机旋转过程中，定子的空间电流矢量表征出来的应该是一个圆环。由于定子的电流矢量是由三组线圈产生的电流分量相互叠加而成，而且这三组线圈在物理结构上是相互间隔120度的，所以电机的电流矢量应该是三组理想状态的弦波信号相互叠加而成，同时，这三组弦波信号之间也存在120度的相位角。
为了使与转子磁场同向的定子电流矢量最小化（为零）且垂直的磁场最大化，定子线圈内的弦波电流需要随着转子的转动角度实时地进行相位调整。为了达到这种理想状态，我们已经通过各种控制方式，在对无刷电机的控制上获得了不同层度的成功。
３、梯形波式换相
控制直流无刷电机最简单的一种方式就是所谓的“梯形波式”换相。在这种方案中，我们每次只控制一对电机线圈中的电流，而第三路线圈在电路上一直与电源不接触。安装在电机内部的霍尔信号每隔60度角检测一次，并将检测到的结果通过数字信号反馈给电机的控制器部分。由于在梯形波换相的情况下，电机只有两组线圈通以相同的电流，而第三组线圈电流为零，所以这种检测方式在电机旋转一圈中只能检测到六个方向的电流矢量。在电机旋转过程中，电机电流每60度改变一次，所以每个电流矢量只能标定左右30度范围之内的电流。电流的波形从零阶跃式跳变到正向最大电流，然后再为零，再变为负向最大电流。在这种情况下，电机电流在六个区域内有规律地跳变，使得电机可以近似平滑地运转。
请看图7，这是无刷电机驱动的梯形波控制方式的框架图。这里采用了一个PI控制回路来对电流进行控制。我们用实际测量的电流和需求电流进行比较，得到一个偏差信号。这个偏差信号再经由积分和放大而产生一个输出的纠偏值，这个纠偏值就是用来减少误差的。这个由P-I控制回路产生的纠偏值随后经过PWM整定，再提供给输出桥路。这个过程的目的就是为了保证任意线圈中的电流保持稳定的状态。
换相与电流控制部分没有任何的联系。电机中的霍尔传感器产生的位置信号只是用来选择哪一对线圈对应的输出桥路需要通以电流，而其他桥路则保持无电流状态。电流感应回路主要用来实时地检测通电线圈的电流，并将信号反馈到电流控制回路中。
图7无刷电机驱动的梯形波控制方式框架图
虽然说梯形波换相的控制方式可以满足许多不同的应用控制，但它仍然存在一些缺陷。因为在这种换相方式下，电流矢量只能表示六个非连续的方向，它不能表征任意30度角内的电流变化。这就使电机的力矩以六倍于电机转动频率的状态产生15%（1-cos（30））的波动。这种电流矢量的不精确也带来了效率的损失，因为线圈上的部分电流对电机来说不能产生力矩。更为重要的是，电机每转一圈而产生的六次电流通道的切换，会产生刺耳的噪声，而且会使低速下电机的精度非常难控制。
梯形波式换相对无刷电机来说不能达到一个平滑和精确的控制，尤其是在低速运行的情况下。而弦波式换相就可以解决这些问题。
无刷电机的弦波式控制方式主要是通过同时控制三组线圈的电流，让他们在电机旋转过程中平滑地以弦波形式变化。三组线圈的电流被实时地控制以达到一个大小恒定且保持与转子磁场方向垂直的矢量。相对于梯形波式换相，这种换相方式可消除力矩的波动和换相时候的电流跳动。
在旋转过程中，为了让电机的电流更接近于平滑的弦波形式，我们就需要用一个高精度的传感器来精确测量转子的转动位置。而霍尔信号只能做出粗糙的测量，完全达不到这种高精度要求，所以我们就需要用编码器或者类似的装置来达到我们的要求。
图8是无刷电机驱动的弦波式换相的框架图。这种方式具有两路独立的电流控制环，以此来对电机的两路线圈进行实时控制。因为电机是WYE型接线，所以第三组线圈的电流与另两组线圈的电流总和大小相等，但方向相反（牛顿电流定律），因此我们不能单独地控制第三组线圈的电流。
图８无刷电机驱动的弦波式换相框架图
因为三组线圈的电流必须被组合成一组稳定的电机旋转矢量电流，而且这三组线圈相互保持120度的角度，所以三组电流必须为弦波形式，而且保持120度的相位差。位置编码器主要用来提供两路弦波信号，而且相互间隔120度。这两路信号将和力矩控制信号相互叠加成一个放大的弦波式信号以得到对电机的控制力矩。这两路电流信号经过相位的叠加形成让电机转动的电流矢量。
两路电机线圈的电流信号经过整定而得到的弦波信号将被输入到一对P-I控制器里。由于第三路线圈电流是另两路的负向叠加，所以我们无需控制它。每路P-I控制器的输出信号将被接入PWM进行调制，并通过桥路输入到电机的线圈中。第三路线圈的控制电压为另两路线圈电压的负向叠加，而这三路的控制电压依然保持120度的相位角。为了让实际输出的电流波形精确地与电流控制信号吻合，所以经过整定的电流控制矢量就必须像我们所需要的那样旋转平滑，大小稳定，并且一直保持和转子磁场方向垂直。
弦波式换相能得到梯形波式换相所不能达到的对电机的平滑控制。然而，这种理想的方式只能对电机低速运动起到非常好的平滑作用，而对于电机的高速运动则没有任何作用。因为当速度起来后，电流环控制器必须跟踪频率不断提高的弦波信号，而且还要克服振幅和频率不断提高的电机反电动势。
因为P-I控制器的增益和响应频率是有限制的，所以这种电流环控制的不稳定性很容易引起电流的相位滞后和控制误差。速度越高，误差越大。这也导致定子电流矢量的方向不能稳定地跟随转子的旋转磁场，偏离于有效的垂直方向。这就使得电机输出的力矩变小，因此我们就需要更多的电流来保持电机的力矩。这也就表示电机的工作效率降低了。
电机转速越高，这种情况越恶化。在某种状态下，电机电流的方向偏移会达到90度之多，当这个时候，电机的力矩会减小为零。在采用弦波式换相的情况下，如果速度高于上述的状态时，电机会输出负力矩，但这是不可能发生的事。
弦波式控制方式存在着本质的问题，就是它对电机电流的控制是一个变量的控制。当电机速度不断提高，P-I控制器达到极限带宽时，这种控制方式就会失去它的效用。矢量控制就可以解决这个问题，它是通过直接控制对应于转子磁场平行和垂直方向的矢量电流分量来实现对定子线圈电流进行的精确控制。理论上看，矢量电流可分解成平行和垂直于转子磁场的两个电流分量。因为在这两个方向上的电流是静态的，所以P-I控制器对电流的控制就可以是直流的，而不是弦波信号。所以控制器输出的线圈电流和电压就是一个常量，不是原先的随时间不断变化的变量，这也就消除了控制器在频率响应和相位漂移上的限制。如果用矢量控制方式来控制无刷电机，电流控制的质量与电机转速没有任何关系。
在矢量控制的情况下，我们主要控制对应于转子磁场平行和垂直方向上的电机电流和电压。这就表明我们所测得的电机电流必须经过PI控制器进行数学计算，然后将其从定子的三相静态结构转化成转子d-q的动态结构（平行和垂直于转子磁场方向）。同样的，电机端的控制电压也需要经过数学计算将其由转子的d-q结构转化为定子的三相静态结构，然后再输入到PWM部分进行调制。这些转化就要求我们具备高速的数学处理能力，DSP和高性能的处理器就会被采用并成为矢量控制的核心。
虽然这种结构的转换至需要一步计算就可以完成，但我们用两个步骤来描述会比较方便。电机电流首先从定子的物理120度相位差的三相结构转变成稳定的动态的直角正交的d-q结构，然后再由这种定子的动态结构转化为转子的三相静态结构。为了确保得到有效的结果，这些计算必须在P-I控制器的一个采样周期内完成。上述的这种转换与P-I控制器所需的电压信号从d-q结构转换成定子线圈的三相结构的操作正好相反。
一旦电机电流被转化成d-q结构，控制将变得非常简单。我们需要两路P-I控制器；一个控制平行与转子磁场的电流，一个控制垂直向电流。因为平行向电流的控制信号为零，所以这就使电机平行向的电流分量也变成零，这也就驱使电机的电流矢量全部转化为垂直向的电流。由于只有垂直向电流才能产生有效的力矩，这样电机的效率被最大化。另一路P-I控制器主要用来控制垂直向的电流，以获得与输入信号相符的需求力矩。这也就使垂直向电流按照要求被控制以获得所需的力矩。
两路P-I控制器的输出信号表征了对应于转子的电压矢量。对应于电机电流信号的转换，这些静态的电压矢量也经过一系列的参考坐标的转换，得到输出桥路需要的电压控制信号。他们首先由转子动态的d-q参考结构转换成定子的静态x-y结构。接着，电压信号又被由这种直角坐标结构转换成相互间隔120度的物理结构，然后输入到电机的U，V和W的三相线圈中。这三路电压信号在输入到电机线圈前需要经过PWM的调制。
将电机线圈中时变的电流和电压的弦波信号转换成d-q结构的直流信号的工作就是参考坐标的转换。
弦波式换相和矢量控制间的本质区别就是一系列的坐标转换和对电流控制的处理。在弦波式换相方式中，我们需要先进行换相，然后通过P-I控制得到所需的弦波式电流。因此对系统的P-I控制主要处理的是时变的电机电流和电压的弦波信号，电机的性能就会受到控制器带宽和相位漂移的限制。而在矢量控制中，电流信号先经过P-I控制，再经过高速的换相处理。因此，P-I控制器不需要对时变的电流和电压信号进行处理；系统也不会受到P-I控制器带宽和相位漂移的影响。
因此，为什么说矢量控制的方式更优越？
矢量信号能够让电机在低速的运转和高速一样的平滑。弦波式换相能让电机在低速下运转平稳，但在高速运转下效率却大大降低。而梯形波式换相在电机高速运转下工作比较正常，但在电机低速运转下，会产生力矩的波动。因此，矢量控制是对无刷电机的最佳控制方式。
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