一霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

　　霍爾效應(yīng)在1879年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電流方向及磁場(chǎng)方向均垂直的電勢(shì)差。且電勢(shì)差的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直分量及電流的大小成正比。在半導(dǎo)體中，霍爾效應(yīng)更加明顯。

二霍爾效應(yīng)的原理

　　霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場(chǎng)方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場(chǎng)，即霍爾電場(chǎng)E_H。
　　電流I_S通過N型或P型霍爾元件，磁場(chǎng)B方向與電流I_S方向垂直，且磁場(chǎng)方向由內(nèi)向外，對(duì)于N型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體，分別產(chǎn)生的方向如左圖和右圖的霍爾電場(chǎng)E_H（據(jù)此，可以判斷霍爾元件的屬性——N型或P型）。

　　霍爾電勢(shì)差EH阻止載流子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當(dāng)載流子所受的橫向電場(chǎng)力F_E與洛侖茲力F_B相等時(shí)，霍爾元件兩側(cè)電荷的積累就達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。
　　由于：

　　F_E=eE_H，F(xiàn)_B=evB，

　　因此：

　　eE_H=eVB　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （1）
　　設(shè)試樣的寬為b，厚度為d，載流子濃度為n ，則：

　　I_S=nevbd　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
　　由（1）、（2）式可得：
　　霍爾電勢(shì)差U_H=E_Hb=(1/ne)(I_SB/d)=RH(I_SB/d)
　　RH=1/ne是材料的霍爾系數(shù)，它是反映材料霍爾效應(yīng)強(qiáng)弱的重要參數(shù)。
　　對(duì)于固定霍爾元件，厚度d固定，記K_H為霍爾元件的霍爾系數(shù)，可得：

　　U_H=K_HI_SB　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

　　即：霍爾電勢(shì)差UH與電流IS及磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。

三霍爾效應(yīng)的應(yīng)用

　　利用霍爾效應(yīng)，可以制作開關(guān)傳感器及線性傳感器。開關(guān)型霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于位置、位移及轉(zhuǎn)速測(cè)量，線性型霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于磁場(chǎng)及電流、電壓的測(cè)量。

　　近年來，以非工頻、非正弦為主要特征的變頻電量的測(cè)量需求越來越大，由于電磁式互感器的頻率適用范圍較窄，相比之下，霍爾電壓、電流傳感器的適用頻帶較寬，且可以用于直流測(cè)量，其市場(chǎng)前景廣闊。

　　然而，對(duì)于復(fù)雜電磁環(huán)境下的變頻電量的精確測(cè)量，由于霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)較敏感，應(yīng)用時(shí)需要特別注意。此外，由于霍爾電壓、電流傳感器主要用于以控制為目的的電壓、電流的測(cè)量，廠家一般不提供對(duì)功率測(cè)量至關(guān)重要的角差指標(biāo)，對(duì)于需要精確測(cè)量功率的場(chǎng)合，需謹(jǐn)慎使用。

　　國(guó)家變頻電量測(cè)量?jī)x器計(jì)量站對(duì)部分常用型號(hào)的霍爾電壓、電流傳感器進(jìn)行了抽檢，50Hz時(shí)，其角差指標(biāo)在20′~240′之間，相比于0.2級(jí)電磁式互感器的10′而言，角差指標(biāo)較差，對(duì)于低功率因數(shù)的場(chǎng)合，對(duì)功率測(cè)量的準(zhǔn)確度影響較大。

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