霍爾效應和霍爾元器件

首先說一下霍爾效應。從材料，原理，應用方面進行講述。

先說材料，霍爾元器件材料為半導體，主要的有鍺，硅，或者或者多層半導體異質結構量子阱材料等。

另外針對半導體在進行講述：我們經過常說半導體，到底什么是半導體，如何界定是否為半導體。通常我們把材料分為導體，半導體，絕緣體，真正的導體我們稱之為超導材料，但是生活中并不存在整個整的導體，同樣的當電壓電流足夠大導體也可以導電，那么我們要如何界定材料是否為導體呢，同城工作如下規定：

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

導 體：電導率較高，介于104S/cm～106S/cm，如鋁、銀等金屬。

半導體：電導率則介于絕緣體及導體之間，如鍺，硅等。

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

霍爾效應是導電材料中的電流與磁場的相互作用，而產生電動勢的一種效應。電流流經半導體的過程中半導體內部會產生電荷的定向移動如圖一所示，這時加入一個磁鐵，磁鐵會影響電流的流動方向（洛倫茲力），最終在半導體材料上形成電勢差。如圖二所示。

圖一

圖二

這時用萬用表可以測到兩端產生電壓。

重點來了?。。?！

從理論上

E:電場強度；

e：單個粒子的電荷量；

n：單位體積的帶電粒子數量；

B：磁通密度；

v：帶電粒子移動速度。

最終平衡時：

取 Rh=1/ne為霍爾系數，可以看出，這個系數只跟霍爾材料有關。帶入就得到霍爾效應的核心公式：

這個U被稱為霍爾電壓?？梢钥闯霎敳牧霞靶螤畲_定時。

等效電路如下：

霍爾系數:

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系數很小，霍爾效應不明顯；而半導體中的載流子的密度比金屬要小得多，所以半導體的霍爾系數系數比金屬大得多，能產生較大的霍爾效應，故霍爾元件不用金屬材料而是用半導體！

說完了材料和原理那么就要說一下如何應用，這里列舉兩個例子進行說明：

1，電機的應用

在齒輪旋轉的過程中，霍爾元件所處的磁場會發生變化，磁通密度也隨之發生變化，進而引起霍爾電壓變化，如下圖：

當齒輪轉動起來后會根據電勢的差異產生方波，如下圖。

2.鉗形表測量直流電流

我們常常使用的鉗形表，測量直流時，基本都是用的霍爾效應來進行測量。

其等效原理圖如下圖所示：

驅動電路提供一個恒定的電流，經過霍爾元件形成一個回路，當穿過鉗圈的導體上流過直流電流時，會在磁芯內部產生一個恒定的磁通，此時霍爾元件就處于磁場中，就會產生電壓差，再經過放大器放大并濾波后就能形成一個與被測導體電流成正比的電壓值，再經過采集換算就能得到對應的電流并顯示在鉗形表上。

審核編輯黃宇