Elektromanyetik Dalga Kuramı Ödevi

... konulu sunumlar: "Elektromanyetik Dalga Kuramı Ödevi"— Sunum transkripti:

1 Elektromanyetik Dalga Kuramı Ödevi
Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Elektromanyetik Dalga Kuramı Ödevi Hazırlayanlar: Ali AVUNDUK Turan ARSLAN

2 Ana Sayfa HALL GENERATÖRÜ İLE ÖLÇÜLER ÖLÇÜLER
HALL JENERATÖRÜ İLE MAGNETİK ALAN ŞİDDETİNİN ÖLÇÜLMESİ HALL ETKİ ÜZERİNE BİLGİLER HALL VOLTAJI HALL PROBU HALL ETKİSİ İÇİNDE Kİ ŞARJ TAŞIYICILARI Ana Sayfa

3 HALL SWİTCH DİFERANSİYEL HALL SWITCH İKİ TELLİ HALL SWITCH Ana Sayfa

4 SENSÖRLER Ana Sayfa SENSÖRLERİN GÖRÜNÜŞÜ ANAHTAR KİLİTLEMELİ SENSÖRLER
BİPOLAR SWİTCH SENSÖRLER UNİPOLAR SWİTCH SENSÖRLER LİNEER SENSÖRLER Ana Sayfa

5 VAN DER PAUW TEKNİĞİ KESİRLİ QUANTUM HALL ETKİSİ

6 HALL GENERATÖRÜ İLE ÖLÇÜLER
KONU: Hall Generatörü İle Bir Yarı İletkenin; etkenlik tipinin ;yük taşıyıcı konsantrasyonunun tayini b)magnetik alan şiddetinin ölçülmesi Hall olayı (+q) ve (-q) gibi yük taşıyıcısının varlığını ortaya, koyduğu gibi, bunların konsantrasyonlarını bulmaya da imkan verir. Ana Sayfa

7 DENGE ŞARTI v = I / n e s=I / n e d h olur.
elektronların v hızını veren bağıntı v = I / n e s=I / n e d h olur. Hall voltajı için : Vh = v B h= (I / n e d h) B h Vh = (1 / n e) * (I B / d) Vh = Rh* (I B / d) Ana Sayfa

8 DENGE ŞARTI evB=eE Vh=v B h Ana Sayfa Hall elektrik alanı: Eh=vB
Hall voltajı : Vh=Eh*h=v B h Vh=v B h Akım şiddeti : I = n e v s (n:birim hacimdeki elektron sayısı ; e:elektronun yükü; v:elektronun ortalama hızı; S:akım geçen iletkenin kesiti.) Ana Sayfa

9 ÖLÇÜLER Mıknatısın magnetik alanının ve kontrol akımının yönüne göre Hall generatörünün pozitif ve negatif kutuplarını tayin ettikten sonra bir milivoltmetreyi bu kutuplar arasına uygun fazda bağlayınız. Hall generatörünü teşkil eden yarı iletkenin boyutları 2*1*0.1 cm ‘dir. Ölçü değerlerine göre Vh = f( I ) eğrisi çizilebilir. Ana Sayfa

10 N-tip ve P-tip yarı iletkenden yapılmış Hall jeneratörü ile ölçüler.
Hall generatöründen geçirilecek I kontrol akımını düzenlemek üzere Şekil. 8.2’de görülen devreyi kurarız. Ana Sayfa

11 Kullanılan Malzemeler
2 Hall jeneratörü (N-tip ve P-tip) milivoltmetre (0 – 600 mV) ampermetre (0 -6 ) Elektromıknatıs (N=500 sarımlı iki bobin ve demir çekirdekle hazırlanmıştır.) Reosta DC kaynak 1.5 volt DC kaynak 10 volt Ana Sayfa

12 Ana Sayfa b) Bilinmeyen bir B magnetik indüksiyonu ölçülmek istenirse;
Vh = f ( B ) eğrisini çizdiğiniz Hall generatöründen yine I = 30 mA kontrol akımı geçirerek, ölçülmesi istenen B magnetik indüksiyonunu ölçebiliriz. Ana Sayfa

13 Ölçü değerlerine göre Vh=f ( B ) eğrisini çizebiliriz.
Ana Sayfa

14 HALL JENERATÖRÜ İLE MAGNETİK ALAN ŞİDDETİNİN ÖLÇÜLMESİ
Mıknatıslayıcı akımın fonksiyonu olarak Hall voltajının değişimini inceleyeceğiz. Hall jeneratörünü aşağıdaki şekildeki gibi bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştiririz Kontrol akımını I = 30 mA’de sabit tutarız I=30 mA (Kontrol akımında) ;B=3000 gauss alınarak ; Vh’ın farklı değerlerini bulabiliriz. Ana Sayfa

15 Ex=P┴ Jx , Ey = -bjx, Ex = P2 Jz +RH x J +β (H.H)j +β2(J.H)H ‘tır.
S ik=σik(0)+Biklm Hl Hm Akım yoğunluğu terimi ile E; Ei=(1/σ)ik.jk Ei=Pikjk+(j x b)i, (22.10) Tensör Pik ve vektör b Sik ve a ile aynı niteliğe sahiptir. Pik ,Pxx=Pyy ve Pzz Ex=P┴ Jx , Ey = -bjx, Ex = P2 Jz +RH x J +β (H.H)j +β2(J.H)H ‘tır. Ana Sayfa

16 S ik(H) = S ki(-H),=S ik(-H) aik(H) =aki(-H)=-aik(-H)
22.1’in takibinden S ik(H) = S ki(-H),=S ik(-H) aik(H) =aki(-H)=-aik(-H) ax=ayz , ay = -axz, az = axy Ji=σikEk=S ikEk+(E x a) j.E = S ik Ei Ek ai = αik Hk Ana Sayfa

17 HALL ETKİ ÜZERİNE BİLGİLER
Bir iletken olmasına rağmen harici bir magnetik alan H içindedir. Bağlantıları arasında akım yoğunluğu vardır.Elektrik alan bu haliyle tekrar verilirse Ji = σik*Eik σik tensörünün iletkendeki parçacıkları H’ın işlevleridir. σik(H) = σki(-H) (22.1) σik = S ik+aik S ik(H) = S ki(H), aik(H)=-aki(H) Ana Sayfa

18 HALL ETKİSİ ÖZETİ Bir elektrik akım akışı iletken aracılığıyla bir magnetik alan içindeyse , magnetik alanın çabasıyla ve enine kuvvetin de tesiriyle şarj edilen taşıyıcılar hareket eder.Üretilen voltaj iletkenin iki yanı arasındadır. Bu ölçümün varlığını E.H. Hall’un ’da ki buluşundan sonra Hall Etkisi varsayıldı. Ana Sayfa

19 HALL VOLTAJI Ana Sayfa Magnetik kuvvet Fm = e Vd B
Vd : Süratle sürüklenen şarjdır I = n e A Vd n: şarj taşıyıcılarının yoğunluğudur Fm = (e l B) / (n e A) Vh = (I.B) / (n e d) Ana Sayfa

20 HALL PROBU Ölçülen geniş bir magnetik alanda düzenli olarak Tesla sık sık Hall etkisinde kullanıldı. Bazen ‘d’ kalınlığında bir ince ‘Cu’ film 10 mikrometreler üzerinde bir Hall Probu yerine kullanılmıştır Sargı taşıyıcı yoğunluğu çekicisinde n = 8.47*10 Ana Sayfa

21 ŞARJ TAŞIYICILARI Ana Sayfa
Hall etkisi bir iletken fenomeninde ki fark için fark taşıyıcılarıdır Çok yaygın elektriksel uygulamalarda geleneksel akım kısmen kullanılır. Yarı iletken içinde iletkende detaylı çalışmalarda kullanılmaktadır Gösterilen şarj taşıyıcıları şimdi taşınmamaktadır. Bunun sebebi magnetik alandır. Ana Sayfa

22 SENSÖRLERİN GÖRÜNÜŞÜ VE SİSTEM SOLÜSYONLARI
E.H. Hall’ün buluşundan sonra Hall etkisi ismiyle anılan fiziksel prensip Hall sensör işlevinin temelidir. Hall etkisi daha çok yarı iletkenlerde çok görülmektedir. Yarı iletken materyallerle bir küçük plaka yapımında Hall elementi daha uygun görülmektedir. Ana Sayfa

23 Hall etki yarı iletken tabakada , Hall voltage oluşumu etkisiyle harici magnetik alan akımın yönünde dikey hareket etmektedir. Micronas ile yapılan Hall sensörü için Hall element ile değerlendirilen devre tek silikon chip’i üzerinde toplanmıştır. CMOS Hall sensörleri Micronas’la yapılır ve SMD paketi halindedir. Ana Sayfa

24 Ana Sayfa Magnetik flux kompanentleri chip’e dikeydir.
Yüzeyi ölçebilir.(Yön belirtmede kullanılır.) Hall tabakası ile akım terminali ve tıkacın açılması süresince kristalyüzey üzerinde Hall voltajı ayarlanır. Farklı tip hall sensörleri sinyal çıkış tarzına göre ayırt edilir. Ana Sayfa

25 Micronas Sensör Ailesi
Ana Sayfa

26 HALL SWITCH Standart Hall switch’i tek bir Hall tabakasına sahiptir ve yanıt verilen tam değer magnetik alanın dikeyinde ki tabakadır. Hall switch’de magnetik switch noktaları Bon veya (Bop)’tur ve Boff veya (Brpn) olarak karakterize edilir. Eğer magnetik değişken Bon’u aşarsa transistör çıkışı switch on konumundadır; ters aşağı doğru olursa Boff’tur. Ana Sayfa

27 Switch noktalarının tanımı
SENSÖRLERİN GÖRÜNÜŞÜ VE SİSTEM SOLÜSYONLARI Switch noktalarının tanımı Ana Sayfa

28 HALL SWITCH Hall switchler (switch sensörler) , switch noktalarında karşılaştırmalı toplayıcı özelliğine sahiptir Digital çıkışı vardır ki bu da farklı logic sistemlere adapte olmayı sağlar. Bütün Hall switch’leri transistorün bir açık drain ucunu kapsar. Transistor ün çıkışında drain ucunun açık olması bütün hall switchlerini kapsar. Harici bir resistörle voltaj tedarik edilir Ana Sayfa

29 ANAHTAR KİLİTLEMELİ SENSÖRLER
Çıkışın düşmesi nedeniyle paketin magnetik güney kutbuna damga vurulur. Çıkışın yüksek olması nedeniyle magnetik kuzey kutbu tarafına damga vurulur. Magnetik alan kaldırılsa bile çıkış değişmemektedir. Çıkış durumunun değişmesi için zıt magnetik alan polaritesi uygulanmalıdır. Ana Sayfa

30 BİPOLAR SWITCH SENSÖRLER
Çıkış aşağı çevrildiğinde magnetik güney kutbu tarafına damga vurulur. Çıkış yukarıya çevrildiğinde de magnetik kuzey kutbu tarafına damga vurulur. Ana Sayfa

31 UNİPOLAR SWITCH SENSÖRLER
Çıkış aşağıya çevrilirse paketin magnetik güney kutbuna damga vurulur ve yukarıya çevrilirse eğer magnetik alan taşınımı olur. Sensör magnetik kuzey kutbu tarafına damga vurulmasına yanıt vermez. Unipolar Switch sensörlerin davranışı Ana Sayfa

32 UNİPOLAR SWITCH SENSÖRLERLE TERSYÜZ EDİLEN ÇIKIŞ
Çıkış yukarıya çevrilirse paketin magnetik güney kutbu tarafına damga vurulur ve magnetik alan aşağı çevrilerek taşınır. Çıkış aşağıda kalırsa magnetik kuzey kutbuna damga vurulur. Ana Sayfa

33 DİFERANSİYEL HALL SWITCH
Diferansiyel Hall switchleri iki Hall tabakası kapsar. Çıkış transistörlerinin switchleri akkord edilebilen farklı magnetik değişken B = B2 – B1 tabakaları arasındadır. Çıkış transistörü fark değerini aşabilir ki buna Bon denir. Ve switch off’tayken fark düşerse Boff’tur. Ana Sayfa

34 İKİ TELLİ HALL SWITCH Ana Sayfa
Burada ki switch’lere çıkış sinyali aracılığıyla akımın tüketimi şart koşulur Onların kullandığı dahili akım kaynağıdır ki bu da switch üzerindedir Hall tabaka magnetik alan üzerine bağlantılıdır. Ana Sayfa

35 Hassaslık oranı Vout / B’dir.
LİNEER SENSÖRLER Lineer Hall sensörleriyle bir analog çıkış voltajı oluşturulur Hall tabaka içinde ki dikme magnetik değişkenle orantılıdır Lineer Hall sensörü karakteristiği Magnetik alan olmadan çıkış voltajı Voq (B = 0mT) Hassaslık oranı Vout / B’dir. Ana Sayfa

36 DENGELENME (OFFSET) ‘İN ÖNEMİ
Hall etkisi yanında diğer voltaj oluşum etkilerinin numaraları bulunur (mekaniksel paket voltajı ) Hall voltajının bir offset değerinde oluşturulur ve bu yüzden zayıflama sensörlerle tam olarak ölçülür. Aktif ofset değeri (chopper prensibiyle) Micronas birinci zamanı için akımın yönünde uygulanır. Ana Sayfa

37 DENGELENME (OFFSET) ‘İN ÖNEMİ
Micronas CMOS Hall sensörlerinde ,sensör sistemleri bir tek chip ile tamamlanır. Bölüm bölüm ayrılan asıl Hall elementinden, bütün devre için bütünleştirilmiş bir sinyal uygulanır Ana Sayfa

38 VAN DER PAUW TEKNİĞİ Ana Sayfa Zayıf tabaka modeli kapsıyor.
Dört tane çok küçük omik temas yeri çevre plakalar üzerinde (tercihen köşelerde) bulunmaktadır. Dikdörtgen şeklinde ki bir Van der pauw konfigürasyonu Figür2’de gösterilmektedir. Ana Sayfa

39 VAN DER PAUW TEKNİĞİ exp(-pRA/RS) + exp(-pRB/RS) = 1 Ana Sayfa
Tarafsız direnç ölçümü ile Rs resistans tabakası belirlenir. Van der Pow’da aktüel iki resistans karakteristiği Ra ve Rb ile gösterilmektedir. exp(-pRA/RS) + exp(-pRB/RS) = 1 Hacim hesaplarında elektriksel resistivite ľ =Rs*d’dir. Ana Sayfa

40 VAN DER PAUW TEKNİĞİ RA = V43/I12 and RB = V14/I23 Ana Sayfa
Kararlı akım I ve kararlı magnetik alan B düz bir seviyede uygulanır. Şekli modeli figür3’te gösterilmiştir. Ayrıca Hall ölçümlerinde de kullanılmaktadır. Ölçümlerde Hall voltajı Vh ve akım I ile içersine geçerken kuvvete karşı gelen çift kontak 1 ve 3’tür. Ve Hall voltajı Vh (=V24)’tür. Ana Sayfa

41 VAN DER PAUW TEKNİĞİ Ana Sayfa
Karşıdan karşıya ölçülen çift kontakta 2 ve 4 ‘tür. Böylece tek bir Hall volajı elde edilmiş oldu. Levha taşıyıcıları yoğunluğu ns’tir. ns = I*B *q *Vh ‘tan hesaplanabilir.I,B ve q değerleri bilinmektedir Ana Sayfa

42 VAN DER PAUW TEKNİĞİ Ana Sayfa

43

44 KESİRLİ QUANTUM HALL ETKİSİ
1982 yılında bulunmuştur. (KQHE) hall etkisi meyda-na geldiği zaman landau yüzey kısmı doldurulur

45 Ana Sayfa

46 Ana Sayfa