霍爾效應(yīng)原理發(fā)現(xiàn)應(yīng)用

一、霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

美國(guó)物理學(xué)家1879年霍爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與電流方向和磁場(chǎng)方向垂直的電位差。電位差的磁感應(yīng)強(qiáng)度與大小的垂直分量和電流大小成正比?；魻栃?yīng)在半導(dǎo)體中顯得更加明顯。

二、霍爾效應(yīng)的原理

“497”效應(yīng)本質(zhì)上是由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力所引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電子（空穴或電粒子）被困在固體材估中，這類因受力而改變方向就會(huì)使在磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積和垂直電流，從而形成附加的橫向電場(chǎng)，也就是霍爾電場(chǎng)EH。

電流通過N型或P型霍爾。磁場(chǎng)B方向與電流方向垂直，磁場(chǎng)方向由內(nèi)向外。對(duì)于N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，所產(chǎn)生的方向，如左圖和右圖的霍爾電場(chǎng)EH，可根據(jù)其判斷霍爾元素的屬性-N型或P型)。

霍爾電位差eh阻止載體繼續(xù)向一側(cè)移動(dòng)。當(dāng)載體橫向電場(chǎng)力fe等于洛倫茲力fb時(shí)，霍爾單元兩側(cè)電荷的累積達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

由于：

Fe=EOH,FB=EVB,

因此：

eEH=eVB （1）

如果樣品寬度為b，厚度為d，載體濃度為n，則：

IS=nevbd （2）

由（1）、（2）式可得：

UH=EHB=(1/Ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)霍爾電位差

霍爾材料系數(shù)rh=1/ne，是反映霍爾效應(yīng)強(qiáng)度的重要數(shù)值。

對(duì)于固定的霍爾單元，厚度d是固定的，霍爾元素的霍爾系數(shù)記錄為霍爾元素的霍爾系數(shù)，可以得到以下結(jié)果：

UH=KHISB （3）

也就是說，霍爾電位差Uh與電流Is和磁感應(yīng)強(qiáng)度b成正比。

三、霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

利用霍爾效應(yīng)，制作了線性傳感器和開關(guān)傳感器。線性霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于磁場(chǎng)、電流和電壓測(cè)量，開關(guān)霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于位置、位移和速度測(cè)量。

近年來，以非工頻和非正弦為特征的測(cè)量需求不斷增加.由于電磁變壓器的頻率適用范圍較窄，與霍爾電壓電流傳感器相比，霍爾電壓電流傳感器的適用頻帶更寬。并可用于直流測(cè)量，其市場(chǎng)前景廣闊。

然而，由于霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)的敏感度，對(duì)下變頻功率的精確測(cè)量應(yīng)引起特別的重視。另外,由于霍爾效應(yīng)電壓電流傳感器主要用在控制目的電壓,電流測(cè)量之中，廠家普遍不提供對(duì)功率測(cè)量非常重要的角度差指數(shù)詳情，在需要精準(zhǔn)測(cè)量功率的場(chǎng)合，需要小心使用。

對(duì)一些常見類型的霍爾電壓和電流傳感器進(jìn)行了采樣。在50赫茲時(shí)，角差指數(shù)在20’-240’之間。與10'相比，角差指數(shù)更差。對(duì)于低功率因數(shù)的場(chǎng)合，功率測(cè)量的精度受到很大影響。