霍尔效应
科技名词定义
中⽂名称：霍尔效应
英⽂名称：Hall effect
定义1：在物质中任何⼀点产⽣的感应电场强度与电流密度和磁感应强度之⽮量积成正⽐的现象。
所属学科：电⼒（⼀级学科）；通论（⼆级学科）
定义2：通过电流的半导体在垂直电流⽅向的磁场作⽤下，在与电流和磁场垂直的⽅向上形成电荷积累和出现电势差的现象。pvc面膜
所属学科：机械⼯程（⼀级学科）；⼯业⾃动化仪表与系统（⼆级学科）；机械量测量仪表-
机械量测量仪表⼀般名词（三级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
霍尔效应是磁电效应的⼀种，这⼀现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究⾦属的导电机构时发现的。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，这⼀现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。
⽬录
中的导体的时候，磁场会对导体中的电⼦产⽣⼀个横向的作⽤⼒，从⽽在导体的两端产⽣电压差。虽然这个效应多年前就已经被⼤家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料⼯艺获得重⼤进展前并不实⽤，直到出现了⾼强度的恒定磁体和⼯作于⼩电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器。 霍尔效应
通脉汤解释
在导体上外加与电流⽅向垂直的磁场，会使得导线中的电⼦与电洞受到不同⽅向的洛伦兹⼒⽽往不同⽅向上聚集，在聚集起来的电⼦与电洞之间会产⽣电场，此⼀电场将会使后来的电⼦电洞受到电⼒作⽤⽽平衡掉磁场造成的劳伦兹⼒，使得后来的电⼦电洞能顺利通过
霍尔效应
不会偏移，此称为霍尔效应。⽽产⽣的内建电压称为霍尔电压。
⽅便起见，假设导体为⼀个长⽅体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab 平⾯。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压⽅向的电场为VH / a。设磁场强度为B。
霍尔效应推导
相关反应
量⼦霍尔效应
热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。
Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产⽣⼀个圆周⽅向的电流。
⾃旋霍尔效应
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醚基汽油
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。
应⽤
霍尔效应在应⽤技术中特别重要。霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加⼀个电压(Iv)，该磁场的⽅向垂直于所施加电压的⽅向，那么
则在既与磁场垂直⼜和所施加电流⽅向垂直的⽅向上会产⽣另⼀个电压(UH)，⼈们将这个电压叫做霍尔电压，产⽣这种现象被称为霍尔效应。好
⽐⼀条路, 本来⼤家是均匀的分布在路⾯上, 往前移动. 当有磁场时, ⼤
家可能会被推到靠路的右边⾏⾛. 故路 (导体) 的两侧, 就会产⽣电压差. 这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为⼯
作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和
开关的功能。
讫今为⽌，已在现代汽车上⼴泛应⽤的霍尔器件有：在分电器上作信
号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和⾥程表、液体物理量检
测器、各种⽤电负载的电流检测及⼯作状态诊断、发动机转速及曲轴⾓度
传感器、各种开关，等等。
例如汽车点⽕系统，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、空调电机和液氨是怎么生产的
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。
发展
美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，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，这⼀现象便是霍尔效应。这个电势差也
被叫做霍尔电势差。
在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量⼦霍⽿效应，这
是当代凝聚态物理学令⼈惊异的进展之⼀，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。之后，美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美国物理学家劳克林(Robert www.doczj/doc/b312513996.html
ughlin，1950-)、施特默(Horst L. St rmer，1949-)在更强磁场下研究量⼦霍尔效应时发现了分数量⼦霍尔效应，这个发现使⼈们对量⼦现象的认识更进⼀步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。
最近，复旦校友、斯坦福教授张⾸晟与母校合作开展了“量⼦⾃旋霍
尔效应”的研究。“量⼦⾃旋霍尔效应”最先由张⾸晟教授预⾔，之后被
实验证实。这⼀成果是美国《科学》杂志评出的2007年⼗⼤科学进展之⼀。如果这⼀效应在室温下⼯作，它可能导致新的低功率的“⾃旋电⼦学”计
算设备的产⽣。⽬前⼯业上应⽤的⾼精度的电压和电流型传感器有很多就是根据霍尔效应制成的，误差精度能达到0.1%以下
霍尔开关
⼀、原理简介
当⼀块通有电流的⾦属或半导体薄⽚垂直地放在磁场中时，薄⽚的两端就会产⽣电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为
U=K·I·B/d
其中K为霍尔系数，I为薄⽚中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈⼒Lorrentz）的磁感应强度，d是薄⽚的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度⾼低与外加磁场的磁感应强度成正⽐的关系。
霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利⽤集成封装和组装⼯艺制作⽽成，它可⽅便的把磁输⼊信号转换成实际应⽤中的电信号，同时⼜具备⼯业场合实际应⽤易操作和可靠性的要求。
霍尔开关的输⼊端是以磁感应强度 B 来表征的，当 B 值达到⼀定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端⼀般采⽤晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。
霍尔开关具有⽆触电、低功耗、长使⽤寿命、响应频率⾼等特点，内部采⽤环氧树脂封灌成⼀体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的⼯作。霍尔开关可应⽤于接近开关，压⼒开关，⾥程表等，作为⼀种
新型的电器配件。
编辑本段⼆、霍尔开关分类
方形磁铁1.单极霍尔效应开关
单极霍尔效应开关具有磁性⼯作阈值(Bop)。如果霍尔单元承受的磁通密度⼤于⼯作阈值，那么输出晶体管将开启；当磁通密度降⾄低于⼯作阈值(Brp) 时，晶体管会关闭。滞后(Bhys) 是两个阈值(Bop-Brp) 之间的差额。即使存在外部机械振动及电⽓噪⾳，此内置滞后页可实现输出的净切换。单极霍尔效应的数字输出可适应各种逻辑系统。这些器件⾮常适合与简单的磁棒或磁杆⼀同使⽤。
2.双极霍尔效应数字开关
双极霍尔效应开关通常在南极磁场强度⾜够的情况下打开，并在北极磁场强度⾜
够的情况下关闭，但如果磁场被移除，则不会定义输出状态。有些双极霍尔效应开关会更改输出状态，有些则不会。这些霍尔效应开关可使⽤南北交变磁场、多极环磁铁进⾏磁驱动。
3.全极霍尔效应数字开关
植绒胶与其他霍尔效应开关不同，只要存在强度⾜够⼤的北极或南极磁场，这些器件就能打开；⽽在没有磁场的时候，输出会关闭。
4.线性霍尔效应传感器IC
线性霍尔效应传感器IC 的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态（⽆磁场）时，从理论上讲，输出应等于在⼯作电压及⼯作温度范围内的电源电压的⼀半。增加南极磁场将增加来⾃其静态电压的电压。相反，增加北极磁场将增加来⾃其静态电压的电压。这些部件可测量电流的⾓、接近性、运动及磁通量。它们能够以磁⼒驱动的⽅式反映机械事件。Allegro 提供具有各种灵敏度输出的器件。
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