霍爾元件是應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓，電腦中的散熱風(fēng)扇等；是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛的應(yīng)用。霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)大小。

霍爾元件工作原理

霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。

所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。

利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。霍爾電位差UH的基本關(guān)系為：

UH=RHIB/d （1） RH=1/nq（金屬） （2）

式中 RH――霍爾系數(shù)；n――單位體積內(nèi)載流子或自由電子的個(gè)數(shù)；q――電子電量；I――通過(guò)的電流；B――垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d――導(dǎo)體的厚度。

對(duì)于半導(dǎo)體和鐵磁金屬，霍爾系數(shù)表達(dá)式和式（2）不同，此處從略。

由于通電導(dǎo)線周?chē)嬖诖艌?chǎng)，其大小和導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng)，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不和被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。

若把霍爾元件置于電場(chǎng)強(qiáng)度為E、磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的電磁場(chǎng)中，則在該元件中將產(chǎn)生電流I，元件上同時(shí)產(chǎn)生的霍爾電位差和電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，如果再測(cè)出該電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，則電磁場(chǎng)的功率密度瞬時(shí)值P可由P=EH確定。

利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。

如果把霍爾元件集成的開(kāi)關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。

霍爾效應(yīng)及其霍爾靈敏度原理

將金屬片置于磁場(chǎng)中，讓磁場(chǎng)垂直通過(guò)薄片平面。沿薄片的縱向通以電流，則在薄片的兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)微弱的電壓。這就是霍爾效應(yīng)，橫向產(chǎn)生的電壓叫霍爾電壓，符號(hào)VH。

霍爾系數(shù)RH=（en）-1=C；n為薄片中載流子的濃度，e為電子帶電量，d 為薄片的厚度。

KH——霍爾靈敏度，它表示該元件產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱，即在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度B和單位控制電流I時(shí)，產(chǎn)生霍爾電壓的大小。

霍爾元件的靈敏度與哪些因素有關(guān)

霍爾效應(yīng)中霍爾元件的靈敏度與霍爾元件的厚度和載流子的濃度兩個(gè)因素有關(guān)。