霍爾元件工作原理

所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。

利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計制成多種傳感器。霍爾電位差UH的基本關(guān)系為：

UH=RHIB/d （1）

RH=1/nq（金屬） （2）

式中RH—霍爾系數(shù)；n—單位體積內(nèi)載流子或自由電子的個數(shù)；q—電子電量；I—通過的電流；B—垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d—導(dǎo)體的厚度。

對于半導(dǎo)體和鐵磁金屬，霍爾系數(shù)表達(dá)式和式（2）不同，此處從略。由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其大小和導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點是不和被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。

若把霍爾元件置于電場強(qiáng)度為E、磁場強(qiáng)度為H的電磁場中，則在該元件中將產(chǎn)生電流I，元件上同時產(chǎn)生的霍爾電位差和電場強(qiáng)度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強(qiáng)度，則電磁場的功率密度瞬時值P可由P=EH確定。

利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動物體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運(yùn)動物體的位移。若測出單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動速度。