霍爾效應(yīng)和霍爾元器件

首先說(shuō)一下霍爾效應(yīng)。從材料，原理，應(yīng)用方面進(jìn)行講述。

先說(shuō)材料，霍爾元器件材料為半導(dǎo)體，主要的有鍺，硅，或者或者多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等。

另外針對(duì)半導(dǎo)體在進(jìn)行講述：我們經(jīng)過(guò)常說(shuō)半導(dǎo)體，到底什么是半導(dǎo)體，如何界定是否為半導(dǎo)體。通常我們把材料分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體，真正的導(dǎo)體我們稱(chēng)之為超導(dǎo)材料，但是生活中并不存在整個(gè)整的導(dǎo)體，同樣的當(dāng)電壓電流足夠大導(dǎo)體也可以導(dǎo)電，那么我們要如何界定材料是否為導(dǎo)體呢，同城工作如下規(guī)定：

絕緣體:電導(dǎo)率很低，約介于20－18S/cm～10－8S/cm,如熔融石英及玻璃；

導(dǎo) 體：電導(dǎo)率較高，介于104S/cm～106S/cm，如鋁、銀等金屬。

半導(dǎo)體：電導(dǎo)率則介于絕緣體及導(dǎo)體之間，如鍺，硅等。

了解了半導(dǎo)體之后應(yīng)該清楚霍爾元器件的主要材料是是什么了，下面繼續(xù)介紹霍爾效應(yīng)，也會(huì)提到為什么霍爾元器件要用半導(dǎo)體材料而不是導(dǎo)體材料。

霍爾效應(yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場(chǎng)的相互作用，而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的一種效應(yīng)。電流流經(jīng)半導(dǎo)體的過(guò)程中半導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電荷的定向移動(dòng)如圖一所示，這時(shí)加入一個(gè)磁鐵，磁鐵會(huì)影響電流的流動(dòng)方向（洛倫茲力），最終在半導(dǎo)體材料上形成電勢(shì)差。如圖二所示。

圖一

圖二

這時(shí)用萬(wàn)用表可以測(cè)到兩端產(chǎn)生電壓。

重點(diǎn)來(lái)了?。。?！

從理論上

E:電場(chǎng)強(qiáng)度；

e：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的電荷量；

n：?jiǎn)挝惑w積的帶電粒子數(shù)量；

B：磁通密度；

v：帶電粒子移動(dòng)速度。

最終平衡時(shí)：

取 Rh=1/ne為霍爾系數(shù)，可以看出，這個(gè)系數(shù)只跟霍爾材料有關(guān)。帶入就得到霍爾效應(yīng)的核心公式：

這個(gè)U被稱(chēng)為霍爾電壓?？梢钥闯霎?dāng)材料及形狀確定時(shí)。

等效電路如下：

霍爾系數(shù):

K=1/(n*q)

式中,n為載流子密度，一般金屬中載流子密度很大，所以金屬材料的霍爾系數(shù)系數(shù)很小，霍爾效應(yīng)不明顯；而半導(dǎo)體中的載流子的密度比金屬要小得多，所以半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)系數(shù)比金屬大得多，能產(chǎn)生較大的霍爾效應(yīng)，故霍爾元件不用金屬材料而是用半導(dǎo)體！

說(shuō)完了材料和原理那么就要說(shuō)一下如何應(yīng)用，這里列舉兩個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明：

1，電機(jī)的應(yīng)用

在齒輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，霍爾元件所處的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，磁通密度也隨之發(fā)生變化，進(jìn)而引起霍爾電壓變化，如下圖：

當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后會(huì)根據(jù)電勢(shì)的差異產(chǎn)生方波，如下圖。

2.鉗形表測(cè)量直流電流

我們常常使用的鉗形表，測(cè)量直流時(shí)，基本都是用的霍爾效應(yīng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

其等效原理圖如下圖所示：

驅(qū)動(dòng)電路提供一個(gè)恒定的電流，經(jīng)過(guò)霍爾元件形成一個(gè)回路，當(dāng)穿過(guò)鉗圈的導(dǎo)體上流過(guò)直流電流時(shí)，會(huì)在磁芯內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁通，此時(shí)霍爾元件就處于磁場(chǎng)中，就會(huì)產(chǎn)生電壓差，再經(jīng)過(guò)放大器放大并濾波后就能形成一個(gè)與被測(cè)導(dǎo)體電流成正比的電壓值，再經(jīng)過(guò)采集換算就能得到對(duì)應(yīng)的電流并顯示在鉗形表上。

審核編輯黃宇