霍尔效应的五个应用

应用

1、测量载流子浓度

根据霍尔电压产生的公式，以及在外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。

霍尔电场强度EH的大小与流经样品的电流密度Jx和磁感应强度Bz的乘积成正比

下面以p型半导体样品为例，半导体样品的长、宽、厚分别为L、a、b，半导体载流子（空穴）的浓度为p，它们在电场Ex作用下，以平均漂移速度vx沿x 方向运动，形成电流Ix。在垂直于电场Ex方向上加一磁场Bz，则运动着的载流子要受到洛仑兹力的作用

载流子向-y方向偏转，这样在样品的左侧面就积累了空穴，从而产生了一个指向+y方向的电场－霍尔电场Ey。当该电场对空穴的作用力qEy与洛仑兹力相平衡时，空穴在y方向上所受的合力为零，达到稳态。稳态时电流仍沿x方向不变，但合成电场E＝Ex＋Ey不再沿x方向，E与x轴的夹角称“霍尔角”。若Ey是均匀的，则在样品左、右两侧面间的电位差由理论算得，在弱磁场条件下，对球形等能面的非简并半导体，对于高载流子浓度的简并半导体以及强磁场条件，A＝1；对于晶格和电离杂质混合散射情况，上面讨论的是只有电子或只有空穴导电的情况。对于电子、空穴混合导电的情况，在计算RH时应同时考虑两种载流子在磁场下偏转的效果。对于球形等能面的半导体材料，可以证明。从霍尔系数的表达式可以看出：由RH的符号（也即UH的符号）可以判断载流子的类型，正为p型，负为n型，则霍尔电场方向为y轴方向。当霍尔电场方向的指向与y 正向相同时，则RH为正。）；RH的大小可确定载流子的浓度

2、霍尔效应还能够测量磁场

在工业、国防和科学研究中，例如在粒子回旋器、受控热核反应、同位素分离、地球资源探测、地震预报和磁性材料研究等方面，经常要对磁场进行测量，测量磁场的方法主要有核磁共振法、霍尔效应法和感应法等。

霍尔效应是磁电效应的一种,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这个电势差就被叫做霍尔电势差. 导体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.

因此,对于一个已知霍尔系数的导体,通过一个已知方向、大小的电流,同时测出该导体两侧的霍尔电势差的方向与大小,就可以得出该导体所处磁场的方向和大小.

3、磁流体发电

从20世纪50年代末开始进行研究的磁流体发电技术，可能是今后取代火力发电

的一个方向。

导体的等离子体通过磁场运动等同于导体切割磁力线

磁流体发电装置是用高温高速的导电流体替代了普通发电机的电枢纽和转动部件，但工作过程和能量转换却不尽相同。其发电机的基本原理是“霍尔效应”和“磁流体电动力学”。高温导体流体以高速形式进入发电通道，通道上下两面有磁极，在洛伦兹力的作用下，通道两侧的电极上产生电势差。是等离子体的供应不断，从而在电极上连续输出电能。等离子体气体在高温下电离，高速通过磁场时，同样在洛伦兹力的作用下，正负离子会向左右两面的电极偏转，进而在两极间产生电势差，向外界提供可利用的电动势

4、电磁无损探伤

霍尔效应无损探伤方法安全、可靠、实用，并能实现无速度影响检测，因此，被应用在设备故障诊断、材料缺陷检测之中。

首先我们先将一块永磁体放在一个小管道上，使其金属管道被完全磁化。使磁感线在管道内部均匀分布，如果管道内部没有损伤，则金属管道没有破损，即没有漏磁；如果管道内部存在损伤，则金属管道损坏，有漏磁。

其次我们先将检测电路按照需要连接好，如图4所示，将连接好的电路通过霍尔元件探头把它放到被检测的金属管道表面，然后通过示波器观察是否有波形输出来判断管道中是否存在损伤。

我们通过示波器观察到示波器上有不规则波形输出，由此我们得出了我们选用的管道存在损伤。

5. 汽车点火系统

汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元（ECU）的初级电流。相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损免维护，能够适应恶劣的工作环境，还能精确地控制点火正时，能够较大幅度提高发动机的性能，具有明显的优势。

用作汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制电磁干扰的作用。许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。

霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。目前的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。