霍爾效應的原理及應用

霍爾效應是電磁效應的一種，這一現象是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機制時發現的。當電流垂直于外磁場通過導體時，垂直于電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在導體的兩端產生電勢差，這一現象就是霍爾效應，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。霍爾效應應使用左手定則判斷。

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原理：
1879年霍爾(A.H.Hall)在實驗中發現：在均勻強磁場B中放入一塊板狀金屬導體，并與磁場B方向垂直如圖1，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橫向電勢差UH 這種現象稱為霍爾效應，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。

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應用：
霍爾效應在應用技術中特別重要。霍爾發現，如果對位于磁場(B)中的導體(d)施加一個電流(Iv)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產生另一個電壓(UH)，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產生這種現象被稱為霍爾效應。好比一條路， 本來大家是均勻的分布在路面上, 往前移動。當有磁場時， 大家可能會被推到靠路的右邊行走。故路 (導體) 的兩側，就會產生電壓差。這個就叫“霍爾效應”。根據霍爾效應做成的霍爾器件，就是以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變為數字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關的功能。
迄今為止，已在現代汽車上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、ABS系統中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度傳感器、各種開關，等等。
例如汽車點火系統，設計者將霍爾傳感器放在分電器內取代機械斷電器，用作點火脈沖發生器。這種霍爾式點火脈沖發生器隨著轉速變化的磁場在帶電的半導體層內產生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級電流。相對于機械斷電器而言，霍爾式點火脈沖發生器無磨損免維護，能夠適應惡劣的工作環境，還能**地控制點火正時，能夠較大幅度提高發動機的性能，具有明顯的優勢。

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霍爾器件通過檢測磁場變化，轉變為電信號輸出，可用于監視和測量汽車各部件運行參數的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等。霍爾器件輸出量直接與電控單元接口，可實現自動檢測。如今的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環境。

霍爾效應 Hall Effect

 電流垂直于外磁場方向通過導體時，在同時垂直于電流和磁場方向上，導體兩側出現電勢差的現象。它是1879年E.H.霍爾發現的。如果通過導體的電流密度為J，外磁場在導體中引起的磁感應強度為B，霍爾電勢差VH相應的霍爾電場為EH，則有：

EH=RHJxB

式中比例系數RH稱為霍爾系數，是導體材料的特征量。

對于金屬，設沿x方向的電流密度Jx=-nevx，磁感應強度B沿z方向，速度為-vx的電子在磁場中受到的洛倫茲力Fy沿+y方向，即Fy=+evxBz。這樣在導體的-y端積累負電荷，+y端有正電荷，產生霍爾電場EH，它作用于電子上的力為-eEH。兩力平衡時電荷積累過程停止，滿足-eEH+ evxBz=0，即：EH=vxBz=-1/ne（JxBz）

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得霍爾系數：

RH=-1/ne

所以測量金屬的霍爾效應可得到金屬中傳導電子的密度n。有些金屬RH為正，這是空穴參與導電的結果。

對于N型的半導體，其霍爾系數RH=-1/ne。如果是P型半導體，由于空穴帶正電荷，電流沿x方向，則電流密度Jx=ρevρ為空穴密度，其霍爾系數為RH=1/ρe。測量半導體的霍爾效應可判別材料的導電粒子的類型和密度。

電流垂直于外磁場方向通過導體時，在同時垂直于電流和磁場方向上，導體兩側出現電勢差的現象。它是1879年E.H.霍爾發現的。如果通過導體的電流密度為J，外磁場在導體中引起的磁感應強度為B，霍爾電勢差VH相應的霍爾電場為EH，則有： EH=RHJxB 式中比例系數RH稱為霍爾系數，是導體材料的特征量。 對于金屬，設沿x方向的電流密度Jx=-nevx，磁感應強度B沿z方向，速度為-vx的電子在磁場中受到的洛倫茲力Fy沿+y方向，即Fy=+evxBz。這樣在導體的-y端積累負電荷，+y端有正電荷，產生霍爾電場EH，它作用于電子上的力為-eEH。兩力平衡時電荷積累過程停止，滿足-eEH+ evxBz=0，即：EH=vxBz=-1/ne（JxBz） 得霍爾系數： RH=-1/ne 所以測量金屬的霍爾效應可得到金屬中傳導電子的密度n。有些金屬RH為正，這是空穴參與導電的結果。 對于N型的半導體，其霍爾系數RH=-1/ne。如果是P型半導體，由于空穴帶正電荷，電流沿x方向，則電流密度Jx=ρevρ為空穴密度，其霍爾系數為RH=1/ρe。測量半導體的霍爾效應可判別材料的導電粒子的類型和密度。 

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