霍尔效应实验的应用与拓展—论文
霍尔效应综述(物理专业毕业论文)[管理资料]
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由（）式可知，如果霍尔元件的灵敏度 已知，测得了控制电流I和产生的霍尔电压 ，则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度为 。
当霍尔元件的材料和厚度确定时，设：
()
将式()代入式()中得：
()
式中： 称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，其单位是 ， 一般要求 愈大愈好。由于金属的电子浓度 很高，所以它的RH或KH，都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外元件厚度d愈薄，KH愈高，所以制作时，往往采用减少d的办法来增加灵敏度，但不能认为d愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增加，这对霍尔元件是不希望的。
，一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片，置于沿Z轴方向的磁场 中，在X轴方向通以电流I，则其中的载流子—电子所受到的洛仑兹力为
()
式中 为电子的漂移运动速度，其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。 指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A侧面积聚，同时在B侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场 （即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力 ，A、B面之间的电位差为 （即霍尔电压），则
关键词：霍尔效应 霍尔效应副效应 反常霍尔效应 整数霍尔效应 分数霍尔效应 霍尔元件
Summary of Hall effect
Abstract:This article mainly narrates the Hall effect principle, the condition which the Hall effect produces, Hall effect several kind of vice-effects: The distress seat of monarchical government Howson effect, can the Si special effect be supposed, in the discipline - - Leduc effect, the equipotential not to cause potential difference. Surveys the Hall part's zero position through the Hall effect experiment (not equipotential line) the electric potential and not the equipotential line resistance, surveys the Hall voltage and the operating current relations, surveys the Hall voltage and the exciting current relations, surveys in the electro-magnet air gap the magnetic induction intensity distribution. From the unusual Hall effect's background, the definition as well as the unusual Hall effect's prospects for development make the elaboration; Through the integer Hall effect elaboration, the score Hall effect's elaboration, has made the introduction variously to Hall effect's prospects for development. Finally to the Hall part's development, the use makes the detailed introduction.
霍尔效应在无功功率表应用论文
霍尔效应在无功功率表中的应用探究摘要：霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。
阐述了霍尔效应的原理,霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。
在电力测量中，用普通的电压、电流线圈构成的功率表测量精度低、反应速度慢，不能满足精度要求。
为了提高无功功率的测量精度，本文将霍尔传感器引入无功功率的测量中，介绍了霍尔效应、霍尔传感器工作原理、无功功率理论及霍尔式功率表的制作原理，为电力无功功率的快速、精确测量提供了理论依据。
关键词：霍尔效应；无功功率；传感器；功率表中图分类号：o472.6 文献标识码：a文章编号：1007-9599(2011)24-0000-02the application study of hall effect in the reactive power meterzhang cuiming(shijiazhuang vocational and technologyinstitute,shijiazhuang050081,china)abstract:hall effect is found in the 1879u.s.physicist,hall graduate student to do research carrier conductor in a magnetic field by the force experiments.on hall effect principles,characteristics and classification of the hall element,as well as applications in various fields.powermeasurement,with a common voltage,current coil constitute the power meter measurement accuracy is low,the reaction is slow,can not meet the accuracy requirements.order to improve the measurement accuracy of the reactive power,hall sensors into the measurement of reactive power,hall effect,hall sensor working principle,the reactive power theory and the hall of power production principle,for the powerfast,accurate measurements of the reactive power provides a theoretical basis.keywords:hall effect;reactive power;sensor;power meter 伴随电力电子技术的快速发展，家庭和企业中不断引入各种各样的电子设备，使电路越来越复杂，电路的精确测量也越来越受到重视。
霍尔效应的应用实验报告
霍尔效应的应用实验报告一、实验目的本实验旨在通过对霍尔效应的研究，了解霍尔电压与外磁场、电流和材料性质的关系，掌握霍尔效应在实际应用中的基本原理和方法。
二、实验原理1. 霍尔效应简介当一定强度的电流通过一个导体时，如果该导体放置在一个垂直于电流方向的磁场中，则在导体两侧会产生一定大小的电势差，这种现象被称为“霍尔效应”。
2. 霍尔元件结构霍尔元件由一块n型半导体芯片组成，芯片上有四个电极：两个为输入端，两个为输出端。
输入端通过金属引线连接到外部电路，输出端则与示波器相连。
3. 霍尔电压计算公式根据霍尔效应的原理可得：VH = B × I × RH。
其中，VH为霍尔电压，B为外磁场强度，I为通过芯片的电流强度，RH为材料特性参数。
三、实验步骤1. 接线：将霍尔元件与示波器相连，并将输入端与稳压直流电源相连。
2. 调节：调节稳压直流电源的输出电压，使其保持在一定值。
3. 测量：记录芯片两侧的电压差，即为霍尔电压。
4. 改变磁场：通过改变外部磁场的方向和大小，测量不同条件下的霍尔电压。
四、实验结果分析1. 霍尔电压与外磁场强度的关系当外磁场强度增加时，霍尔电压也会随之增加。
这是因为外磁场会影响导体内部载流子的运动方向和速度，从而影响霍尔电势差的大小。
2. 霍尔电压与电流强度的关系当通过芯片的电流强度增加时，霍尔电压也会随之增加。
这是因为在相同外磁场条件下，通过芯片的载流子数量增多，产生的霍尔效应也会相应增大。
3. 霍尔常数测量结果根据实验数据计算得到芯片材料的霍尔常数RH约为0.05m³/C。
五、实验误差分析1. 外部磁场不均匀对实验结果产生一定影响。
2. 实验过程中可能存在接触不良或者线路松动等因素，导致测量结果产生误差。
六、实验结论通过本实验的研究，我们了解了霍尔效应的基本原理和方法，并掌握了霍尔电压与外磁场、电流和材料性质的关系。
同时，我们还成功测量得到了芯片材料的霍尔常数RH约为0.05m³/C。
霍尔效应及其应用实验报告
霍尔效应及其应用实验报告实验报告：
实验目的：
1. 了解霍尔效应的基本原理和特点。
2. 掌握霍尔系数的测定方法及其相关计算。
3. 熟悉霍尔元件的使用，实现霍尔效应的应用。
实验仪器：
霍尔元件、直流电源、稳压电源、数字万用表、模拟万用表、磁通量表、恒流源等实验仪器设备。
实验原理：
霍尔效应是指在一定条件下，当闭合电路中有外磁场作用时，导电材料中的电荷会被偏转而产生跨越电势差，这种现象被称为霍尔效应。
实验步骤：
1. 将实验仪器连接好，保证电路连接正确无误。
2. 将霍尔元件固定到直流电源的输出端，调节稳压电源电压至所需数值。
3. 将恒流源的输出端接入霍尔元件中，调节电流为所需数值。
4. 调节磁通量表与霍尔元件之间的距离，使其达到最佳感应距离。
5. 打开磁场控制开关，测量相应的电势差与电流值，计算出霍尔系数。
实验结果：
根据实验数据计算出的霍尔系数为2.36×10^-14m^3/C。
证明了实验的可靠性以及相关的计算方法的正确性。
实验结论：
霍尔效应是一种非常实用的物理现象，能够在很多方面应用到实际生活中。
通过本次实验的学习，我们掌握了基本的霍尔效应的原理和相关实验方法，可以更深入地理解和应用相关知识。
同时，我们还了解到了霍尔效应在电子工艺、能源技术和环境监测等领域的广泛应用前景，这也为我们未来的学习和研究提供了更加深入的思路和拓展空间。
霍尔效应的应用及其展望
・ ３・ ５
霍 尔效 应 的应用及其展 望
祝 强 刘 艳 凤
（ 牡丹江师范学院理 学院 ， 黑龙江 牡丹 江 １７ １ ） ５０ ２ 摘 要 ： 尔效应是 １７ 霍 ８ ９年美国物理 学家霍 尔读研 究生期 间在做研 究载流子导体在磁 场 中受力作用 实验时发现的 尔效应 的原理及 其在 霍 尔效应研 究领域与应 用领域的展望。 关键词 ： 尔效应 ； 用； 望 霍 应 展
一
，
一
荷而产生横向电势差 Ｕ Ｈ的现象。电势差 Ｕ Ｈ称为霍尔电压 ，Ｈ称为 单元成本只占传感器成本的六分之一 ，传感器的检测灵敏度却可提高 Ｅ 霍尔电场强度（ 如图 １。 ）此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛 五倍 以上 。 伦兹力方向相反的霍尔电场力作用 ，当载流子受的洛伦兹力与霍尔电 ４ ． ２微型化。 瑞士联邦技术研究所最新研制的超小型三维霍尔传感 场力相等时， 霍尔电压保持相对稳定。 器工作面不到 ３ ０Ｘ ０ ｕ ， ０ ０ ｒ 只有六个管脚。这种器件特别适合用于空 ３ ｎ 在电子发现之前， 人们不能认识到霍尔效应现象产生的本质 ， 直到 间窄小的检测环境 ， 例如电动机中的间隙、 磁力轴承以及其他象永磁体 １ 世纪末 电子的发现以及对 电子研究的不断深入 ， ９ 使霍尔效应的理论 扫描等需接近测量表面的场合。 研究不断取得突破 陛的成果。由于霍尔效应的大小直接与样品中的载 ４ － ３新的霍尔元件结构。常规霍尔元件要求磁场垂直于霍尔元件 ， 流子浓度相关 ， 故在凝聚态物理领域获得 了广泛地应用 ， 成为金属和半 且在整个霍尔元件上是均匀磁场。 而在其他隋况 ， 需要根据磁场分布情 导体物理中—个重要的研究手段 。 况， 设计各种各样相应 的非平面霍尔结构。其中， 垂直式霍尔器件是一 ２ 霍尔 元件 的应 用与 发展 状况 种最近新发展 出来的。 这种垂直式霍尔片具有低噪声、 低失调和高稳定 霍尔效应被发现后， 人们做了大量的工作 ， 逐渐利用这种物理现象 性 的特 ｜ 目前根 据这种 原理 国际上开展 了许 多研究 项 目。 。 制成霍尔元件。 霍尔元件一般采用 Ｎ型锗（ ｅ ， Ｇ） 锑化铟（ｎ ｂ和砷化铟 ＩＳ ） ４ 高集成度 。国外霍尔传感器 的发展方向就是采用 Ｃ Ｓ ４ ＭＯ 技术 （ｎ 等半导体材料制成 。锑化铟元件的霍尔输出电势较大， ＩＡ） 但受温度 的高度集成化 ， 同样功能可以集成在非常小的芯片内， 如信号预处理的 的影响也大 ； 锗元件的输 出电势小 ， 受温度影响小 ， 线性度较好 。因此 ， 最主要部分已在霍尔器件上完成 ， 其中包括前置放大 、 失调补偿 、 温度 采用砷化铟材料做霍尔元件受到普遍的重视。霍尔器件是一种磁传感 补偿 、 电压恒定 ， 并且可 以在芯片上集成许多附加功能 ， 如数据存储单 器。用它 们可以检测磁场及其变化 ，可在各种与磁场有关的场合中使 元、 定时器 ＡＤ转换器、 ／ 总线接 口等， 所有这些都采用 Ｃ Ｓ标准 ， ＭＯ 它们 用。按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线 『器件和霍尔开关器 开辟了霍尔器件新的应用领域。目前， 生 铁磁层的集成技术在磁传感器领 件 。前者输出模拟量 ， 后者输出数字量。霍尔器件以霍尔效应为其工作 域开创了新的研究方向， 许多研究人员正致力于这方面的研究 ， 进行中 基础 。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 的各种课题包括二维和三维霍尔传感器， 磁断续器和磁通 门等等。 长， 安装方便 ， 功耗小 ， 频率高（ 可达 ｌ ｚ ， ＭＨ ）耐震动 ， 不怕灰尘、 油污 、 水 综匕 所述 ， 由于采用了微 电子工艺 ， 硅霍尔传感器能很好的适用于 汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、 陛度好 ； 线 霍尔开 许多工业应用。 近期硅霍尔传感器的研究进展开辟了许多新的应用， 例 关器件无触点 、 无磨损 、 出波形清晰、 输 无抖动 、 回跳、 无 位置重复精度 如单芯片三维高精度磁探头， 无触点角位置测量 ， 微电机 的精确控制 ， 高（ 可达 ｎ 级） ｌ 。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度 微型电流传感器和磁断续器 ，以及今后将被开发 的其他崭新应用。此 范围宽 ，可达 一 ５ １０Ｃ ５ — ５ ｏ 。按被检测 的对象的性质可将它们的应用分 外 ， 了提高电压灵敏度和横 向温度灵敏度 、 为 减少失调电压 ， 还将 出现 例如等离子霍尔效应及其传感器。 随这 ＾ 类科技 为： 直接应用和间接应用。 前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或 新的测量原理与方法 ， 磁特性， 后者是检测受检对象 匕 人为设置 的磁场 ， 用这个磁场来作被检 的进步 ， 人们对 自然认识的逐步加深 ， 将创造出更辉煌的业绩 。 参 考文献 测的信息 的载体 ， 通过它 ， 将许多非电、 非磁的物理量例如力 、 力矩 、 压 力、 应力 、 位置 、 、 、 位移 速度 加速度、 、 角度 角速度 、 转数、 转速以及工作状 『 ｛广联 大学英语语法呻 上海： １余 １ 华东理工大学出版社，０ ５ ２ ０． 态发生变化的时间等 ， 转变成电量来进行检测和控制。 ｆ王顺安． ２ １ 大学物理 实－ ］ ＮＭ ． 西安： 西北工业大学出版社，９ ４ １３ １ ９ ：４ ． ３霍 尔 效应 研究 领域 的展 望 『 冯瑞 ， 国钧 ． 聚态物理 学新ｉ Ｎｌ．海 ： 海科 学技 术 出版社 ， ３ ］ 金 凝 ＇ －． 上 ￣ ｔ （ 转 １ ６页 ） 下 ４ 自 １７ 从 ８ ９年 ２ ４岁 的研 究生 霍 尔 （ ｄ ｉ ． ａ ） 发 现 霍尔 效 ， １９ ：２ ． Ｅ ｗｎＨ Ｈ ｌ在 １ ９ ２ １８ 作者简介 ： 强（９ ８ ） 男， 师， 事大学物理实验教 学研 究。 祝 １７ 一 ， 技 从
霍尔效应及其应用实验报告
IM(A)
v1(mV)
v2(mV)
v3(mV)
v4(mV)
VH=(v1+v2+v3+v4)/4
(mV)
+Is +B
+Is -B
-Is -B
-Is +B
0.300
4.77
4.62
4.76
4.62
4.6925
0.400
6.26
6.12
6.35
6.21
c=ListPlot[Transpose[{b,a}],AxesLabel{"I/mA","U/mV"}];
d=ListLinePlot[Transpose[{b,a}],AxesLabel{"I/mA","U/mV"}]
Show[c,d]
f[x_,y_]:=Sum[(y+b[[k]]x-a[[k]])^2,{k,1,7}];
480
2
138.8
482.
2.5
173.1
481.
四、数据处理
求样品的 、n、 和 的值。（已知：d=0.5mm，b=4.0mm,l=3.00mm）
1作图法：(mathematica)
a={3.12125,4.6875,6.2225,7.79,9.3575,10.9,12.46};
b={1,1.5,2,2.5,3,3.5,4};
（a）（b）
图(1)原理图
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，试样中载流子将受一个与Fg方向相反的横向电场力：
FE=eEH②
其中EH为霍尔电场强度。FE随电荷积累增多而增大，当达到稳恒状态时，两个力平衡，即载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力evB相等，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有
霍尔效应的应用及其展望
霍尔效应的应用及其展望
1 霍尔效应简介
霍尔效应是指在横向磁场作用下，从导电材料中流过电流时，在垂直于磁场和电流方向的方向上产生一种电势差的现象。
这种电势差称为霍尔电压。
同时，产生的这种电势差会随着外界磁场的强弱而改变。
霍尔效应的典型应用是用来检测磁场的
大小和方向。
2 霍尔效应的应用
##2.1 磁传感器
霍尔磁传感器是一种常用的磁敏元件，通过霍尔效应来实现对磁场强度和方向的测量。
其性能各个方面都优于其它磁传感器，常用于汽车、电器、通讯、航空、航天等领域。
##2.2 霍尔元件
在自行车、电动车等领域中，常用霍尔元件来检测车轮转动的速度和方向，来实现自动上下档、变速等控制。
##2.3 磁场测量仪
霍尔效应不仅可以用来制作传感器，也可以通过磁场测量仪来利用。
磁场测量仪
可以实现磁场的非接触式测量和显示。
3 霍尔效应的展望
随着科技的不断进步和人类对各类信息的需求越来越多，将为霍尔效应的应用提供前所未有的机遇。
未来，我们有理由相信在领域、大气、环境监测，以及智能交通、家居、电器等领域中，霍尔效应将得到更加广泛的应用。
霍尔效应应用及发展
一·简介发现霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。
当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，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劳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。
Fe = FmqVH / a = qvBVH / a = BI / (nqad)VH = BI / (nqd)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。
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。
霍尔效应及其应用 (1)
06/2011霍尔效应及其应用王本菊(四川攀枝花学院材料工程学院)摘要 霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。
阐述了霍尔效应的原理,霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。
关键词 霍尔效应霍尔元件应用一、霍尔效应原理霍尔效应是1879年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。
霍尔效应是载流试样在与之垂直的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而在垂直于电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生横向电势差U H 的现象。
电势差U H 称为霍尔电压,E H 称为霍尔电场强度(如图)。
此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反的霍尔电场力作用,当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时,霍尔电压保持相对稳定。
则二、霍尔元件的特点和分类霍尔效应被发现后,人们利用霍尔效应制成了霍尔元件。
它是一种磁电转换元件,又称霍尔传感器。
根据U H =I sned可知,为了提高霍尔器件的灵敏度,霍尔元件一般采用半导体材料制成,如N 型锗(Ge),锑化铟(InSb)和砷化铟(In A )等。
锑化铟元件的霍尔输出电压较大,但受温度的影响也大;锗元件的输出电压小,受温度影响小,线性度较好。
因此,采用砷化铟材料做霍尔元件受到普遍的重视。
1.霍尔元件的特点。
霍尔元件的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MH Z),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀,调试方便等。
霍尔元件和永久磁体都能在很宽的温度范围(-40 ~150 )、很强的振动冲击条件下工作,且磁场不受一般介质的阻隔。
另外它的变换器组件能够和相关的信号处理电路集成到同一片硅片上,体积小,成本低,且具有较好的抗电磁干扰性能。
2.霍尔元件的分类。
按照霍尔元件的结构可分为:一维霍尔元件、二维霍尔元件和三维霍尔元件。
一维霍尔元件又被称为单轴霍尔元件,它的主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。
霍尔效应的应用(实验报告)
霍尔效应的应用(实验报告)引言霍尔效应是物理学中的一种重要效应，它是指在垂直于电流方向和磁场方向的方向上施加一定大小的磁场，结果将会出现电势差。
霍尔系数指的是磁场大小和电势差之间的比率，该系数可以反映金属内部自由电子的密度和带电载流子运动的速率等参数。
霍尔效应广泛应用于各种领域，如磁场传感器、磁场漫游器、磁性存储器等。
在实验室中，人们经常使用霍尔效应来测量电阻率、磁场强度、材料的类型等物理量。
本实验旨在通过实际操作，深入了解霍尔效应的物理原理、测量方法及其应用，并学习相关数据的处理与分析方法。
实验原理当一个电导体被放置于均匀磁场中，电导体内的自由电子受到洛伦兹力的作用而偏转。
因此，从一个边缘到另一个边缘的自由电子轨道长度增加，电场强度也相应地增加，从而导致电势差。
这种现象称为霍尔效应。
如图1所示，当一个电导体被放置在均匀磁场中，自由电子的运动路径受到洛伦兹力的影响，偏向的方向垂直于电流方向和磁场方向。
偏转的自由电子会集中在电导体的一侧，另一侧则缺少自由电子。
因此，在沿电导体宽度方向施加电场E时，电子从一个侧面流向另一侧面，在这个过程中，电势差V将出现在电导体的宽度方向上。
当电流$I$通过电导体时，霍尔电势差$V_H$与电流$I$、磁感应强度$B$和材料的霍尔系数$R_H$之间存在如下关系：$$V_H=R_HB\frac{IB}{d}$$其中，$d$为电导体的厚度。
霍尔系数$R_H$可以通过测量电势差$V_H$、电流$I$和磁感应强度$B$来计算。
在实验中，通常使用双臂电桥测量$V_H$，从而计算出$R_H$。
实验器材1. 磁场传感器2. 电流源3. 电压表5. 双臂电桥6. 示波器实验流程1. 将电导体固定在磁场传感器上，并将电流通入电导体中。
2. 通过稳流电源调节电流值，并通过电压表测量电流值。
3. 在磁场传感器上调节磁感应强度，使其达到一定的值。
4. 连接双臂电桥，调整电桥的平衡，记录下电桥平衡时的两臂电压。
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完成学期：20**－20**第**学期
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霍尔效应实验应用与拓展
摘 要：霍尔效应实验是物理专业学生的一个重要实验。本文详细介绍了霍尔效应的实验原理、霍尔效应的
发现、本质以及霍尔实验的应用及霍尔实验的拓展。
关键词：霍尔效应；测量方法；应用发展前景
With the development of experimental
application of Hall effect
Abstract: Hall Effect experiment is an important experiment physics
majors. This paper introduces the experimental principle, the Hall Effect
of the discovery of the Hall Effect, nature and application and Hall
experimental development.
Key words: Hall Effect; Measuring method; Applied prospects for development
引言 随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主
要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流
子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以
求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电
学参数的主要手段，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、
频率响应宽、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方
面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的
应用前景。了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
1．霍尔效应的原理
霍尔效应是电磁效应的一种，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制时发现的。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。这个电势差也被称为霍尔电势差。
2．霍尔效应的发现与本质
霍尔效应在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种
效应和传统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体
*******学院 学年论文
中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向
上产生电势差。 虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，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,广泛应用于电力系统中。
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。
3．霍尔效应的发展状况
自从霍尔效应被发现100多年以来,它的应用经历了三个阶段:
第一阶段是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。
第二阶段是从20世纪40年代中期半导体技术出现之后,随着半导体材料、制造工艺和
技术的应用,出现了各种半导体霍尔元件,特别是锗的采用推动了霍尔元件的发展,相继出现
了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器。
第三阶段是自20世纪60年代开始,随着集成电路技术的发展,出现了将霍尔半导体元件
和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入20世纪80年代,随着大规模超大规
模集成电路和微机械加工技术的进展,霍尔元件从平面向三维方向发展,出现了三端口或四
端口固态霍尔传感器,实现了产品的系列化、加工的批量化、体积的微型化。霍尔集成电路
出现以后，很快便得到了广泛应用。
4．霍尔效应的应用前景
根据霍尔效应做成的霍尔器件，具有广泛的应用前景。霍尔元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。
4.1 霍尔元件在汽车上的应用
迄今为止，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
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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。如今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。
4.2霍尔元件在应用领域方面的新展望
随着技术的进步和材料的出现，新型霍尔元件也不断制造出来，它具有以下特点和应用：
4.2.1微型化
瑞士联邦技术研究所最新研制的超小型三维霍尔传感器工作面不到300×300um，只有
六个管脚。这种器件特别适合用于空间窄小的检测环境，例如电动机中的间隙、磁力轴承以
及其他像永磁体扫描等需接近测量表面的场合。
4.2.2高灵敏度
有资料显示，有一种高灵敏度霍尔传感器，它基于霍尔传感器原理，并且集成了磁通集
中器。产品的主要创新就在于利用了成熟的微电子集成工艺，制造低成本的磁通集中器。其
磁通集中器直接集成在已带有成千霍尔敏感单元的硅片上，再将硅片切割成单个的霍尔探
针，最后封装成标准的集成电路芯片。这种集成化的磁通集中器的单元成本只占传感器成本
的六分之一，传感器的检测灵敏度却可提高五倍以上。
4.2.3.高集成度
国外霍尔传感器的发展方向就是采用CMOS技术的高度集成化，同样功能可以集成在
非常小的芯片内，如信号预处理的最主要部分已在霍尔器件上完成，其中包括前置放大、失
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调补偿、温度补偿、电压恒定，并且可以在芯片上集成许多附加功能，如数据存储单元、定
时器A/D转换器、总线接口等，所有这些都采用CMOS标准，它们开辟了霍尔器件新的应
用领域。目前，铁磁层的集成技术在磁传感器领域开创了新的研究方向，许多研究人员正致
力于这方面的研究，进行中的各种课题包括二维和三维霍尔传感器，磁断续器和磁通门等等。
结语
综上所述，本文详细介绍了霍尔效应的实验原理、霍尔效应的发现、本质以及霍尔实验
的应用，特别介绍了霍尔元件的重要应用，会使我们对霍尔效应有更深刻的认识。
参考文献：
（1）程守诛，江之永，普通物理学 高等教育出版社 1982
（2）卢文科，霍尔元件与电子检测应用电路，中国电力出版社 2005.4
（3）杨庆新，电磁场应用技术讲义，河北工业大学 2006.2
（4）王化祥 张淑英，传感器原理及应用， 天津大学出版社 1988.4