基于ANSYS的霍爾效應的仿真分析

作者：大龍貓 fwz0703@163.com       

     霍爾效應是電磁效應的一種，這種效應在傳感器中得到了廣泛的應用，目前主要用于測量磁場強度。霍爾效應是導電材料中的電流與磁場的相互作用，而產生電動勢的一種效應。

      這個導電材料通常是半導體材料，將半導體材料接入一個電源中，形成一個回路，此時電路中就存在電荷的定向移動，如下圖：

        當該導體處于磁場中，電荷就會在洛倫茲力的作用下，其路徑發生偏移，電荷偏移之后形成電場，那么在兩側就會形成電壓，如圖所示

其理論公式如下所示，

其中E為電場強度，e為電荷量，n為帶電粒子數量，B磁感應強度，V粒子速度

達到平衡后，

取 Rh=1/ne

 為霍爾系數，是跟霍爾材料有關的一個系數，就得到霍爾效應的核心公式：

      可以看到電壓是正比于磁場強度，所以，當傳感器形狀確定以后，其通電電流確定后，那么磁場越強，其感應電壓越大，所以霍爾效應傳感器能夠應用到磁場測量中。

     那么ANSYS中我們可以仿真這個現象嗎？當然可以，萬能的ANSYS可以計算這個現象，下面簡單描述其流程。

      1.首先建立模型，模型如圖所示，這種結構主要是為了仿真需要，因為一側通電，產生電流，另一側是測試電壓，通過提取結果數據來獲取，側面的體形是為了電路中電流的合流，因為實際的電路就是一根測試導線來連接半導體。

     2.網格盡量劃分規程，如圖所示

      3.設置條件，將傳感器的的半導體部分添加一個0.8T的Z向勻強磁場，左右面設置為高3V，低0V的電壓，或者給定電流來模擬激勵電路，另一側空出，供后續測量電壓，相當于圖中的電壓表測量其電壓

     4.結果如圖所示，當沒有外加磁場的時候，其結果如圖所示，電流均勻的從兩側通過，則電子的流動是對稱的，上下之間電壓差為0V

    5.當有外加磁場的時候，其結果可以看到電子在半導體中發生了偏移，在上下兩側產生的電壓差

5.1磁場分布如圖所示，可以看到添加磁場為勻強磁場

5.2整體的電流分布和電壓分布如圖所示，看到看到電流發生 了偏移，電壓也在上下兩側有電壓差產生

5.3分別提取兩側電壓可以得到需要的電壓結果，當前的感應電壓為2.636-0.364=2.272V

歡迎關注我的頁面 http://www.yqgqt.org.cn/z/290258 查看你感興趣的文章和視頻

文章http://www.yqgqt.org.cn/z/290258/material?nagivator=post

視頻http://www.yqgqt.org.cn/z/290258/material?nagivator=training

推薦 個人制作的《ansys 必修課》  http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14289

     如有項目合作歡迎聯系個人微信號 大龍貓：fwz0703 ，微信公眾號：CAE_ANSYS ，主要應用方向為ANSYS Workbench界面下的各個模塊的使用.

更多精彩文章，歡迎關注作者后下載過去的案例目錄

2017-2021發表網絡文章統計0.pdf