基于ANSYS的霍尔效应的仿真分析

   基于ANSYS的霍尔效应的仿真分析

     范文哲 fwz0703@163.com

霍尔效应是电磁效应的一种，这种效应在传感器中得到了广泛的应用，目前主要用于测量磁场强度。霍尔效应是导电材料中的电流与磁场的相互作用，而产生电动势的一种效应。

      这个导电材料通常是半导体材料，将半导体材料接入一个电源中，形成一个回路，此时电路中就存在电荷的定向移动，如下图：

        当该导体处于磁场中，电荷就会在洛伦兹力的作用下，其路径发生偏移，电荷偏移之后形成电场，那么在两侧就会形成电压，如图所示

其理论公式如下所示，

其中E为电场强度，e为电荷量，n为带电粒子数量，B磁感应强度，V粒子速度

达到平衡后，

取 Rh=1/ne

 为霍尔系数，是跟霍尔材料有关的一个系数，就得到霍尔效应的核心公式：

      可以看到电压是正比于磁场强度，所以，当传感器形状确定以后，其通电电流确定后，那么磁场越强，其感应电压越大，所以霍尔效应传感器能够应用到磁场测量中。

     那么ANSYS中我们可以仿真这个现象吗？当然可以，万能的ANSYS可以计算这个现象，下面简单描述其流程。

      1.首先建立模型，模型如图所示，这种结构主要是为了仿真需要，因为一侧通电，产生电流，另一侧是测试电压，通过提取结果数据来获取，侧面的体形是为了电路中电流的合流，因为实际的电路就是一根测试导线来连接半导体。

     2.网格尽量划分规程，如图所示

      3.设置条件，将传感器的的半导体部分添加一个0.8T的Z向匀强磁场，左右面设置为高3V，低0V的电压，或者给定电流来模拟激励电路，另一侧空出，供后续测量电压，相当于图中的电压表测量其电压

     4.结果如图所示，当没有外加磁场的时候，其结果如图所示，电流均匀的从两侧通过，则电子的流动是对称的，上下之间电压差为0V

    5.当有外加磁场的时候，其结果可以看到电子在半导体中发生了偏移，在上下两侧产生的电压差

5.1磁场分布如图所示，可以看到添加磁场为匀强磁场

5.2整体的电流分布和电压分布如图所示，看到看到电流发生 了偏移，电压也在上下两侧有电压差产生

5.3分别提取两侧电压可以得到需要的电压结果，当前的感应电压为2.636-0.364=2.272V

最后再简单说一下个人仿真经验：

1.物理理论是很重要的，在做之前，先将想要做的问题有一个大概的了解，预测趋势性结果

2.分析影响结果因素，在软件中考虑导致不同结果的所有因素如何设置，软件默认不一定正确

3.结果趋势是否正确，将参数极限化考虑来预测趋势是否正确

4.仿真经验记得总结，记录过程，量变引起质变，以后会有一个质的提高

5.不要忽略细节的重要性，每一个细节决定成败