霍爾效應的原理及應用

霍爾效應的原理

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。

這個導電材料通常是半導體材料，將半導體材料接入一個電源中，形成一個迴路，此時電路中就存在電荷的定向移動，如下圖：

如果此時將這個導電板處於一個磁場中，電荷會受到洛倫茲力，其路徑會發生偏移，電荷偏移之後，就會形成電場，電荷同時會受到電場力，這個力正好與洛倫茲力方向相反，阻礙其移動，最終，電場力與洛倫茲力平衡，如下圖：

如果使用儀表測試導電板兩側的電壓，會發現其形成了電動勢

我們對上述過程進行進一步分析：

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：

這個霍爾係數是跟霍爾材料有關的參數，就得到霍爾效應的核心公式：

這個U被稱為霍爾電壓。可以看出當材料及形狀確定時。

最終可等效為下圖：

霍爾效應的實際應用

霍爾效應的應用十分廣泛，就我比較熟悉的汽車測試行業，列舉兩例，來進一步理解霍爾效應。

變速箱轉速檢測

檢測原理圖如下：

等效原理圖如下：

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，如下圖：

整個完整檢測過程見下圖：

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：

驅動電路提供一個恆定的電流，經過霍爾元件形成一個迴路，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恆定的磁通，此時霍爾元件就處於磁場中，就會產生電壓差，再經過放大器放大並濾波後就能形成一個與被測導體電流成正比的電壓值，再經過採集換算就能得到對應的電流並顯示在鉗形表上。