霍尔效应原理图PPT课件
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霍尔效应原理图ppt课件
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霍尔式压力传感器
磁钢
霍尔元件
N S
S N 波登管 压力P
图9-9 霍尔压力传感器结构原理图
41
霍尔式压力传感器由两部分组 成：一部分是弹性敏感元件的 波登管用以感受压力P，并将P 转换为弹性元件的位移量x， 即x＝KPP，其中系数KP为常数。 另一部分是霍尔元件和磁系统， 磁系统形成一个均匀梯度磁场， 如右图所示，在其工作范围内， B＝KBx，其中斜率KB为常数； 霍尔元件固定在弹性元件上， 因此霍尔元件在均匀梯度磁场 中的位移也是x。
34
理想情况下，不等位电 势 UM=0 ，对应于电桥的平衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。 如果霍尔元件的 UM≠0 ， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差异， UM 就是电桥的不平衡 输出电压。 只要能使电桥达到平衡 的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
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（一）基本补偿电路
27
合理选择负载电阻
如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为： RL UL UH RL R0 式中 R0—霍尔元件的输出电阻。
28
当温度由T变为T+ΔT时，则RL上的电压变为 RL U L U L U H (1 T ) RL R0 (1 T )
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
10
2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 高，所以霍尔元件的厚度都比较薄， 但d太小，会使元件的输入、输出电 阻增加。 霍尔电压UH与控制电流及磁场强 度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
11
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
《霍尔效应实验》课件
电源
磁铁
测量尺
导线 记录本
搭建实验装置
01
将霍尔效应测试仪放置 在平稳的工作台上，确 保测试仪固定。
02
使用导线将电源与霍尔 效应测试仪连接，确保 电源正负极正确连接。
03
将磁铁放置在测试仪的 适当位置，以便产生稳 定的磁场。
04
调整测试仪的灵敏度， 确保测量结果准确。
开始实验并记录数据
打开电源，观察霍尔 效应测试仪的读数， 记录初始数据。
《霍尔效应实验》ppt课件
目 录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 结果分析 • 实验总结与展望
01
实验目的
掌握霍尔效应原理
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过导体时，在 导体垂直于磁场和电流方向的两个端 面之间会出现电势差，这一现象便是 霍尔效应。
霍尔系数与载流子类型
霍尔常数与载流子浓度
大小。
测量误差与精度
了解影响测量误差和精度的因素 ，如温度、电流稳定性等。
了解霍尔效应在日常生活中的应用
01
02
03
磁场测量
利用霍尔效应可以测量磁 场的大小和方向，广泛应 用于地球磁场测量、磁力 探矿等领域。
位置传感器
利用霍尔元件可以制作出 各种位置传感器，如接近 开关、转速传感器等。
电子罗盘
基于霍尔效应的电子罗盘 可以用来指示方向，具有 体积小、精度高等优点。
了解了霍尔元件在生产和生活中的应 用。
学会了使用霍尔效应测量仪进行数据 测量和记录。
提高了自己的实验技能和数据处理能 力。
实验中存在的问题与不足
部分同学对实验原理理解不够深入，操作不够熟练。
部分同学在数据处理方面存在一定困难，需要加强练习 。
霍尔效应原理图 PPT课件
或I的未知量均可利用霍尔元 件进行测量。
2020/6/8
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
2020/6/8
14
❖ 国产霍尔元件型号的命名方法
2020/6/8
15
二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm ❖ 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡， 即
所以
2020/6/8
I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
6
设流过霍尔元件的 电流为 I 时，
式中ld为与电流方 向垂直的截面积，n 为 单位体积内自由电子数 (载流子浓度)。则
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34
理想情况下，不等位电 势 UM=0 ， 对 应 于 电 桥 的 平 衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。
如果霍尔元件的UM≠0， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差 异 ， UM 就 是 电 桥 的 不 平 衡 输出电压。
只要能使电桥达到平衡
的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻) 的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进 行补偿。
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27
合理选择负载电阻
❖ 如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为：
UL
UH
RL RL R0
式中
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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❖ 国产霍尔元件型号的命名方法
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二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm ❖ 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡， 即
所以
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I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
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设流过霍尔元件的 电流为 I 时，
式中ld为与电流方 向垂直的截面积，n 为 单位体积内自由电子数 (载流子浓度)。则
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理想情况下，不等位电 势 UM=0 ， 对 应 于 电 桥 的 平 衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。
如果霍尔元件的UM≠0， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差 异 ， UM 就 是 电 桥 的 不 平 衡 输出电压。
只要能使电桥达到平衡
的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻) 的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进 行补偿。
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合理选择负载电阻
❖ 如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为：
UL
UH
RL RL R0
式中
大学物理实验霍尔效应(课堂PPT)
霍尔效应实验
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
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霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
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最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
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霍尔效应（Hall effect ）
霍尔效应及其应用ppt课件
度d的关系：
VH
RH
IB d
式中RH为霍尔系数，它与载流子浓度n和载流子电
量q的关系：
1
RH nq
若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则 U H K H IB
6
霍尔元件中的附加效应
在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效应 的产生，在霍尔元件上测得的电压是各种附加电 压叠加的结果。
附加电压 1.不等势电压Uo （不等势效应 ）＝Is . R
12
注意事项
1.Is, Im的正确调零； 2.Is, Im的正确组合切换； 3.读数应以小数点的正确位置； 4.采取开关切换次数最少的测法； 5.B=K .Im ,K为常数，记录在线圈上。
13
基本要求
• 数据记录 • 思考与作业
14
思考与作业
1.根据测得的UH~Im与UH~Is的关系，绘 制UH~Im与UБайду номын сангаас~Is的关系;
通过该实验可以了解霍尔效应的物理原理以及把物理 原理应用到测量技术中的基本过程。
3
预备知识
•霍尔效应 •霍尔元件中的附加效应
4
霍尔效应
当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场 和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象 称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电 压）。
5
霍尔效应
霍尔电压UH与电流I和磁感应强度B及元件的厚
大学物理实验
实验九 霍尔效应及应用
物理教研室
1
主要内容
实验简介 预备知识
设计思路 操作指南
基本要求
返回目录页 2
实验简介
霍尔效应是一种磁电效应，是美国研究生霍尔1879 年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
霍尔效应PPT课件
4 2021
背景介绍
霍尔效应---应用发展
霍尔效应应被发现100多年以来,它的应用发展经历了三个阶段：
第一阶段：从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初由于金属材料中 的电子浓度很大而霍尔效应十分微弱所以没有引起人们的重视。这段时期也 有人利用霍尔效应霍尔效制成磁场传感器，但实用价值不大,到了1910年有 人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适 的材料，研究处于停顿状态。
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏
移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累，P
侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于S
点，所以在试样中形成了横向电场 E H ， 这一电场就称为霍 尔电场。该电场又对电子具有反方向的静电力。
fe eEH
（3）（此力方向向上）
Robert Laughlin
构造出了分数量子霍尔系统的解 析波函数，给分数量子霍尔效应 作出了理论解释
1998年的诺贝尔物理学奖
在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效
应”——不需要外加磁场的量子霍2尔02效1 应。
3
背景介绍
反常量子霍尔效应
如今由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院 物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队历时4年在 量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，在美国物理学家 霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后，他们从实验中 首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中 独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研 究的一项重要科学发现。这一发现是相关领域的重大突破 ，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。这一发现 或将对信息技术进步产生重大影响。
背景介绍
霍尔效应---应用发展
霍尔效应应被发现100多年以来,它的应用发展经历了三个阶段：
第一阶段：从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初由于金属材料中 的电子浓度很大而霍尔效应十分微弱所以没有引起人们的重视。这段时期也 有人利用霍尔效应霍尔效制成磁场传感器，但实用价值不大,到了1910年有 人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适 的材料，研究处于停顿状态。
由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 f B 的方向向下侧偏
移（即 y 轴的负方向），这样就引起了 S 侧电子的积累，P
侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 P 点高于S
点，所以在试样中形成了横向电场 E H ， 这一电场就称为霍 尔电场。该电场又对电子具有反方向的静电力。
fe eEH
（3）（此力方向向上）
Robert Laughlin
构造出了分数量子霍尔系统的解 析波函数，给分数量子霍尔效应 作出了理论解释
1998年的诺贝尔物理学奖
在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效
应”——不需要外加磁场的量子霍2尔02效1 应。
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背景介绍
反常量子霍尔效应
如今由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院 物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队历时4年在 量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，在美国物理学家 霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后，他们从实验中 首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中 独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研 究的一项重要科学发现。这一发现是相关领域的重大突破 ，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。这一发现 或将对信息技术进步产生重大影响。
《霍尔效应及应用》课件
磁流体发电原理
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
霍尔效应
美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。1980年，德国科学家冯·克利青发 现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和 1998年获得诺贝尔物理学奖。
由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关， 成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测 的全过程，都是由我国科学家独立完成。
此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁 场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上——因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大 概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦 兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。
由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍 尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到 的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。
研究前景
中国科学家发 现量子反常
量子反常将为 我们带来什么
本质
本质
固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生 电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一 个稳定的电势差即霍尔电压。 正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度 之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关， 成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测 的全过程，都是由我国科学家独立完成。
此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁 场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上——因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大 概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦 兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。
由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍 尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到 的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。
研究前景
中国科学家发 现量子反常
量子反常将为 我们带来什么
本质
本质
固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生 电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一 个稳定的电势差即霍尔电压。 正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度 之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
《霍尔效应测量磁场》课件
洛伦兹力
洛伦兹力是带电粒子在磁场中受到的力，其方向 与磁场方向和带电粒子运动方向均垂直。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷量和速度成正 比，与磁感应强度成正比。
在霍尔效应中，洛伦兹力导致电子在磁场中偏转 ，从而产生霍尔电压。
霍尔电压的产生
01 当电流通过半导体材料时，电子在磁场中 受到洛伦兹力的作用，产生偏转。
数据处理能力需提
高
在分析实验数据时，我们发现数 据处理的技巧和统计学知识有所 欠缺，建议加强相关方面的培训 。
仪器使用需规范
在操作过程中，部分同学对仪器 的使用不够规范，导致测量结果 存在误差，建议加强仪器使用的 培训和指导。
对未来研究的展望
探索更多应用场景
希望未来能够将霍尔效应测量磁场技术应用于更多领域， 如生物学、医学等，为相关领域的研究提供新的方法和思 路。
霍尔元件
利用霍尔效应制成的测量磁场的 器件称为霍尔元件。
霍尔效应的发现历史
1879年，美国物理学家E.H.霍尔在实 验中发现，当电流垂直于外磁场通过 导体时，导体中产生横向电势差。
1881年，德国物理学家C.F.高斯在实 验中发现，当电流垂直于外磁场通过 导体时，导体中产生横向磁通量。
1880年，法国物理学家J.E.贝脱勒在 实验中发现，当电流垂直于外磁场通 过导体时，导体中产生横向磁通量。
提高实验技能
实验过程中，我们学会了使用精密的测量仪器， 如电压表、电流表等，以及如何调整实验参数， 提高了实验操作技能。
培养探究精神
实验中遇到问题时，我们学会了独立思考、团队 协作，积极寻找解决问题的方法，培养了科学探 究的精神。
本实验的不足与改进建议
实验时间紧张
由于实验操作较为复杂，我们在 规定的时间内未能完成所有步骤 ，建议增加实验时间或优化实验 流程。
【精品】PPT课件 霍尔效应实验PPT共20页
【精品】PPT课件 霍尔效应实验
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉ห้องสมุดไป่ตู้
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉ห้องสมุดไป่ตู้
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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第六章 霍尔传感器
本章主要讲述内容：
1、霍尔传感器的工作原理 2、霍尔元件的基本结构和主要技术指标 3、霍尔元件的测量电路 4、霍尔传感器举例
2019/4/24
1
第一节 霍尔元件的基本工作原理
概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传 感器，得到广泛的应用。可以检测磁场及其变 化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔 器件以霍尔效应为其工作基础。
度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
2019/4/24
11
I B
A
θD
B
C
dL
l
UH
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
若磁场B和霍尔元件平面的法线成一角度 θ，则作用于霍尔元件的有效磁感应强 度为B cosθ，因此
UH=KHIBcosθ
2019/4/24
12
3）P型半导体，其多数载流子 是空穴，也存在霍尔效应，但 极性和N型半导体的相反。
I B
A FE
D
FL
B
式中ld为与
电流方向垂直的截面积，
C
dL
l
n 为单位体积内自由电
UH
子数(载流子浓度)。则 A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
2019/4/24
7
霍尔系数及灵敏度 令
则
RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。
由于金属导体内的载流子浓度大于半导 体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔 系数大于导体。
在额定控制电流 Ic 之下，不加磁
B＝0时，霍尔电极间的空载霍尔电势
UH≠0，称为不平衡(不等位)电势，单
位为mV。一般要求霍尔元件的UH<1mV，
好的霍尔元件的UH可以小于0.1mV。
不等位电势和额定控制电流Ic之比为不
等位电阻RM，即
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RM
UM IC
22
不平衡电势UH是主要的零位误差。因为在 工艺上难以保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一 等电位面上。如下图(a)所示。当控制电流I流过 时，即使末加外磁场，A、B两电极此时仍存在电 位差，此电位差被称为不等位电势（不平衡电势） UH。
15
二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm
霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
的控制电流称为额定控制电流IC。在相同的 磁感应强度下，IC值较大则可获得较大的霍
尔输出。
霍尔元件限制IC的主要因素是散热条件。
随着激励电流的增大，霍尔元件的功耗也随 之增大，元件的温度升高，将引起霍尔电势 的温漂。因此对霍尔元件要规定最大激励电 流。
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16
一般锗元件的最大允许温升ΔTm<80℃， 硅元件的ΔTm<175℃。当霍尔元件的温 升达到ΔTm时的电流就是最大控制电流 ICm 。
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17
2、乘积灵敏度KH
其定义
KH
UH IB
霍尔元件的乘积灵敏度定义为在 单位控制电流和单位磁感应强度下， 霍尔电势输出端开路时的电势值，其 单位为V（AT），它反应了霍尔元件本 身所具有的磁电转换能力，一般希望 它越大越好。
适当选择负载与之匹配，可以减小霍尔 电势的温度漂移。
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20
3.最大磁感应强度BM
由霍尔效应可知，磁感应强度的增加将 使霍尔电势的输出增加。但磁感应强度 若超过一定的界限，霍尔电势的非线性 明显增加，故规定了BM来抑制非线性。
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21
5、不等位电势UM和不等位电阻RM
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8
令
则
KH为霍尔元件的灵敏度。
由上述讨论可知，霍尔元件的灵敏度 不仅与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元 件的几何尺寸有关。一般要求霍尔元件灵敏度 越大越好，霍尔元件灵敏度的公式可知，霍尔
元件的厚度d与KH成反比。
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9
通过以上分析可知：
1）霍尔电压UH与材料的性质有关 n 愈大，KH 愈小，霍尔灵敏
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18
3、输入电阻Ri和输出电阻R0
Ri是指流过控制电流的电极（简称控制 电极）间的电阻值，R0是指霍尔元件的
霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间
的电阻，单位为Ω。可以在无磁场即B
＝0和室温（20 5）℃时，用欧姆表
等测量。
2019/4/24
19
若温度变化，则引起输入电阻变化，从 而使输入电流发生改变，最终导致霍尔 电势变化。输出电阻也会随着环境温度 的变化而变化。
4）霍尔电压UH与磁场B和电流I 成正比，只要测出UH ，那么B
或I的未知量均可利用霍尔元 件进行测量。
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13
第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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14
国产霍尔元件型号的命名方法
2019/4/24
度愈低；
n 愈小，KH 愈大，但n太小，
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
2019/4/24
10
2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
高，所以霍尔元件的厚度都比较薄，
但d太小，会使元件的输入、输出电
阻增加。
霍尔电压UH与控制电流及磁场强
特点：
霍尔器件具有许多优点，它们的结 构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方 便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、 油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
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2
霍尔效应原理图
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3
霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
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23
6、霍尔电势温度系数α
在一定的磁感应强度和控 制电流下，温度变化1℃时，霍尔 电势变化的百分率称为霍尔电势
尔电场，该静电场对电子的作用力为FE与洛仑
兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小 为
式中EH为霍尔电场，e为 电子电量，UH为霍尔电 势。当FL = FE时，电子
的积累达到动Hale Waihona Puke 衡，即I BA FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
所以 2019/4/24
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
6
设流过霍尔元
件的电流为 I 时，
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4
z y
I B
A
D
FL
B
C
dL
l
UH
x
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
设图中的材料是Ｎ型半导体，导电的 载流子是电子。在ｚ轴方向的磁场作用下，电 子将受到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力
就是洛仑兹力。它的大小为：FL=－evB
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电荷的聚积必将产生静电场，即为霍
本章主要讲述内容：
1、霍尔传感器的工作原理 2、霍尔元件的基本结构和主要技术指标 3、霍尔元件的测量电路 4、霍尔传感器举例
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第一节 霍尔元件的基本工作原理
概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传 感器，得到广泛的应用。可以检测磁场及其变 化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔 器件以霍尔效应为其工作基础。
度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
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I B
A
θD
B
C
dL
l
UH
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
若磁场B和霍尔元件平面的法线成一角度 θ，则作用于霍尔元件的有效磁感应强 度为B cosθ，因此
UH=KHIBcosθ
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3）P型半导体，其多数载流子 是空穴，也存在霍尔效应，但 极性和N型半导体的相反。
I B
A FE
D
FL
B
式中ld为与
电流方向垂直的截面积，
C
dL
l
n 为单位体积内自由电
UH
子数(载流子浓度)。则 A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
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霍尔系数及灵敏度 令
则
RH则被定义为霍尔传感器的霍尔系数。
由于金属导体内的载流子浓度大于半导 体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔 系数大于导体。
在额定控制电流 Ic 之下，不加磁
B＝0时，霍尔电极间的空载霍尔电势
UH≠0，称为不平衡(不等位)电势，单
位为mV。一般要求霍尔元件的UH<1mV，
好的霍尔元件的UH可以小于0.1mV。
不等位电势和额定控制电流Ic之比为不
等位电阻RM，即
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RM
UM IC
22
不平衡电势UH是主要的零位误差。因为在 工艺上难以保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一 等电位面上。如下图(a)所示。当控制电流I流过 时，即使末加外磁场，A、B两电极此时仍存在电 位差，此电位差被称为不等位电势（不平衡电势） UH。
15
二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm
霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
的控制电流称为额定控制电流IC。在相同的 磁感应强度下，IC值较大则可获得较大的霍
尔输出。
霍尔元件限制IC的主要因素是散热条件。
随着激励电流的增大，霍尔元件的功耗也随 之增大，元件的温度升高，将引起霍尔电势 的温漂。因此对霍尔元件要规定最大激励电 流。
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一般锗元件的最大允许温升ΔTm<80℃， 硅元件的ΔTm<175℃。当霍尔元件的温 升达到ΔTm时的电流就是最大控制电流 ICm 。
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2、乘积灵敏度KH
其定义
KH
UH IB
霍尔元件的乘积灵敏度定义为在 单位控制电流和单位磁感应强度下， 霍尔电势输出端开路时的电势值，其 单位为V（AT），它反应了霍尔元件本 身所具有的磁电转换能力，一般希望 它越大越好。
适当选择负载与之匹配，可以减小霍尔 电势的温度漂移。
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3.最大磁感应强度BM
由霍尔效应可知，磁感应强度的增加将 使霍尔电势的输出增加。但磁感应强度 若超过一定的界限，霍尔电势的非线性 明显增加，故规定了BM来抑制非线性。
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5、不等位电势UM和不等位电阻RM
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令
则
KH为霍尔元件的灵敏度。
由上述讨论可知，霍尔元件的灵敏度 不仅与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元 件的几何尺寸有关。一般要求霍尔元件灵敏度 越大越好，霍尔元件灵敏度的公式可知，霍尔
元件的厚度d与KH成反比。
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通过以上分析可知：
1）霍尔电压UH与材料的性质有关 n 愈大，KH 愈小，霍尔灵敏
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3、输入电阻Ri和输出电阻R0
Ri是指流过控制电流的电极（简称控制 电极）间的电阻值，R0是指霍尔元件的
霍尔电势输出电极（简称霍尔电极）间
的电阻，单位为Ω。可以在无磁场即B
＝0和室温（20 5）℃时，用欧姆表
等测量。
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若温度变化，则引起输入电阻变化，从 而使输入电流发生改变，最终导致霍尔 电势变化。输出电阻也会随着环境温度 的变化而变化。
4）霍尔电压UH与磁场B和电流I 成正比，只要测出UH ，那么B
或I的未知量均可利用霍尔元 件进行测量。
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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国产霍尔元件型号的命名方法
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度愈低；
n 愈小，KH 愈大，但n太小，
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
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2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
高，所以霍尔元件的厚度都比较薄，
但d太小，会使元件的输入、输出电
阻增加。
霍尔电压UH与控制电流及磁场强
特点：
霍尔器件具有许多优点，它们的结 构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方 便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、 油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
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霍尔效应原理图
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霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
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6、霍尔电势温度系数α
在一定的磁感应强度和控 制电流下，温度变化1℃时，霍尔 电势变化的百分率称为霍尔电势
尔电场，该静电场对电子的作用力为FE与洛仑
兹力方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小 为
式中EH为霍尔电场，e为 电子电量，UH为霍尔电 势。当FL = FE时，电子
的积累达到动Hale Waihona Puke 衡，即I BA FE
D
FL
B
C
dL
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UH
所以 2019/4/24
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
6
设流过霍尔元
件的电流为 I 时，
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I B
A
D
FL
B
C
dL
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UH
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A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
设图中的材料是Ｎ型半导体，导电的 载流子是电子。在ｚ轴方向的磁场作用下，电 子将受到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力
就是洛仑兹力。它的大小为：FL=－evB
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电荷的聚积必将产生静电场，即为霍