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中国校外教育下旬刊学科教育
霍尔效应及其应用

王本菊
(四川攀枝花学院材料工程学院)
摘要霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。阐述了霍尔效应的
原理,霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。
关键词霍尔效应霍尔元件应用
一、霍尔效应原理人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它将许多非
霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研电、非磁的物理量,如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、
究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检
实验时发现的。霍尔效应是载流试样在与之垂直测和控制。
的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而1.日常生活中的应用
在垂直于电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生录音机的换向机构就是使用霍尔传感器检测磁带终点并完成自动换

横向电势差UH的现象。电势差UH称为霍尔电压,EH称为霍尔电场强度向功能的;录像机中的磁鼓电机常采用锑化铟霍尔元件;洗衣机中的电动
(如图)。此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反机主要依靠霍尔传感器检测与控制电动机的转速、转向功能。霍尔开关类
的霍尔电场力作用,当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时,霍尔传感器还用于电饭煲、气炉的温度控制和电冰箱的除霜等方面。大量应用
电压保持相对稳定。则于影碟机、VCD等家用电器和仪表中的霍尔电机是一种无刷电机,它是利
用转速变化信号控制霍尔电压信号变化,从而调节驱动电路驱动管中的工
作电流,即调节电动机定子绕组电流,实现对电动机转速与稳速的控制,克
服了一般带电刷或整流子直流电机不能达到转速稳、寿命长、噪声小的致
命弱点。霍尔效应动感检测器与电子线路组装可制成报警器,带在老人或
消防人员身上,当出现昏迷、跌倒等危险情形时可报警发出声响,还可用来
装在汽车或摩托车上,达到防盗目的。
2.工程技术中的应用
BI
(1)测量载流子浓度。根据霍尔电压产生的公式U=s,以及在外
Hned
加磁场中测量的霍尔电压可以判断传导载流子的极性与浓度,这种方式被
广泛的利用于半导体中掺杂载体的性质与浓度的测量上。

UH
(2)测量磁场强度。由B=只要测出霍尔电压UH,即可算出磁场
二、霍尔元件的特点和分类KHIS

霍尔效应被发现后,人们利用霍尔效应制成了霍尔元件。它是一种磁B的大小;若知载流子类型,则由UH的正负可测出磁场方向,反之,若已知

Is磁场方向,则可判断载流子类型。
电转换元件,又称霍尔传感器。根据U=可知,为了提高霍尔器件的灵
Hned(3)测量电流强度。将霍尔器件的输出(必要时可进行放大)送到经校
敏度,霍尔元件一般采用半导体材料制成,如N型锗(Ge),锑化铟(InSb)准的显示器上,即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方
和砷化铟(InA)等。锑化铟元件的霍尔输出电压较大,但受温度的影响也式的优点是结构简单,测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流
大;锗元件的输出电压小,受温度影响小,线性度较好。因此,采用砷化铟和各种波形的电流。在现在的工业现场,霍尔电流传感器是电流检测的首
材料做霍尔元件受到普遍的重视。选产品。
1.霍尔元件的特点。霍尔元件的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,(4)测量微小位移。若令霍尔元件的工作电流保持不变,而使其在一

安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐个均匀梯度磁场中移动,它输出的霍尔电压UH值只由它在该磁场中的位
雾等的污染或腐蚀,调试方便等。霍尔元件和永久磁体都能在很宽的温度移量来决定。产生梯度磁场的磁系统及其与霍尔器件组成的位移传感器,
范围(-40~150)、很强的振动冲击条件下工作,且磁场不受一般介将它们固定在被测系统上,可构成霍尔微位移传感器。用霍尔元件测量位
质的阻隔。另外它的变换器组件能够和相关的信号处理电路集成到同一移具有灵敏度高,惯性小、频响快、工作可靠、寿命长等优点,但工作距离较
片硅片上,体积小,成本低,且具有较好的抗电磁干扰性能。小。以微位移检测为基础,可以构成压力、应力、应变、机械振动、加速度、
2.霍尔元件的分类。按照霍尔元件的结构可分为:一维霍尔元件、二重量、称重等霍尔传感器。
维霍尔元件和三维霍尔元件。一维霍尔元件又被称为单轴霍尔元件,它的(5)压力传感器。霍尔压力传感器由弹性元件,磁系统和霍尔元件等
主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。运用此类器件时,就可将与适部分组成,加上压力后,使磁系统和霍尔元件间产生相对位移,改变作用到

当的小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形霍尔元件上的磁场,从