什么是霍爾效應原理

1879年霍爾(A.H.Hall)在實驗中發(fā)現(xiàn)：在均勻強磁場B中放入一塊板狀金屬導體，并與磁場B方向垂直，在金屬板中沿與磁場B垂直的方向通以電流I的時候，在金屬板上下表面之間會出現(xiàn)橫向電勢差UH 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，電勢差UH 稱為霍爾電勢差。進一步的觀察實驗還指出，霍爾電勢差UH 大小與磁感應強度B和電流強度I的大小都成正比，而與金屬板的厚度d成反比。即UH =RHIB/d (V)；式中RH——（m^3*C^-1）僅與導體材料有關，稱為霍爾系數(shù)。當時雖然發(fā)現(xiàn)了霍爾效應現(xiàn)象，但在發(fā)現(xiàn)電子以前，人們不知道導體中的載流子是什么，不能從電子運動的角度加以解釋霍爾效應的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在我們按電子學理論對霍爾效應做了如下的解釋：金屬中的電流就是自由電子的定向流動，運動中的電子在磁場中要受到洛侖茲力的作用。設電子以定向速度運動，在磁場B中，電子就要受到洛倫茲力f作用，電子沿著f所指的方向漂移，從而使導體上表面積累過多的電子，下表面出現(xiàn)電子不足，從而在導體內(nèi)產(chǎn)生方向向上的電場。當這電場對電子的作用力－eEH 正好與磁場作用力f相平衡時，達到穩(wěn)定狀態(tài)。

霍爾效應被發(fā)現(xiàn)后，人們做了大量的工作，逐漸利用這種物理現(xiàn)象制成霍爾元件。霍爾元件一般采用N型鍺（Ge）,銻化銦（InSb）和砷化銦（InA）等半導體材料制成。銻化銦元件的霍爾輸出電勢較大，但受溫度的影響也大；鍺元件的輸出電勢小，受溫度影響小，線性度較好。因此，采用砷化銦材料做霍爾元件受到普遍的重視。霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開關器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。霍爾器件以霍爾效應為其工作基礎。 霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬可達－55℃～150℃。按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設置的磁場，用這個磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進行檢測和控制。