霍尔效应原理是目前最常用的磁场测量理论之一。本文将讨论霍尔效应原理及其历史、理论解释、应用和数学表达式，包括霍尔电压、霍尔系数、载流子浓度、霍尔迁移率和磁场密度的计算。
霍尔效应原理解释了当载流子暴露在电场和磁场中时的行为。这个原理可以看作是洛伦兹力的延伸，洛伦兹力是作用在电荷载体(电子和空穴)通过磁场上的力。
根据这一原理工作的传感器被称为霍尔效应传感器。这些霍尔效应传感器的需求很高，有非常广泛的应用，如接近传感器，开关，轮速传感器，位置传感器等。
霍尔效应背后的历史
霍尔效应原理是以美国物理学家埃德温·霍尔(1855-1938)的名字命名的。1879年，他首次把它介绍给世界。
图1 - Edwin H. Hall的照片-发现的Hall效应原理
1879年，他发现当携带电流的导体/半导体垂直于磁场时，产生的电压可以在与电流路径成直角的地方测量。在那个时候，电线中的电流被认为类似于管道中流动的液体。
霍尔效应原理表明，电流中的磁力导致管道或(电线)末端的拥挤。电磁原理现在以更好的欣赏方式进一步解释了霍尔效应背后的科学。霍尔的理论绝对领先于他的时代。仅仅二十年后，随着半导体的引入，霍尔效应的工作和用途得到了有效的利用。
最初，这一原则被用于化学样品分类。后来，霍尔效应传感器(使用砷化铟半导体化合物)作为测量直流或静态磁场的源，而无需保持传感器在运动中。20世纪60年代十年后，硅基半导体出现了。这是霍尔元件与集成放大器结合的时代，霍尔开关由此问世。
图2 -霍尔效应原理-电流流过极板
霍尔效应原理
霍尔效应原理表明，当导体或半导体的电流沿一个方向流动时，垂直于磁场，电压可以测量到与电流路径成直角的电压。
如上所述，获得可测量电压的效应被称为霍尔效应。
霍尔效应原理背后的理论
在做任何事情之前，我们应该先了解电流到底是什么。电流基本上是带电粒子通过导电路径的流动。这些带电粒子可能是“负电荷电子”，甚至是“正电荷空穴”(电子应该存在的空隙)。现在让我们回到正题。
如果我们拿一块导电薄板(如图1所示，为了便于阅读，在下面重复一遍)，并将其与电池(电压源)连接在电路中，然后电流就会开始流过它。载流子将沿直线从平板的一端流向另一端。
图2 -霍尔效应原理-电流流过极板
当载流子运动时，它们会产生磁场。现在，当你在平板附近放置一块磁铁时，它的磁场会扭曲载流子的磁场。这将扰乱载流子的直线流动。扰乱载流子流动方向的力称为洛伦兹力。
由于载流子磁场的扭曲，带负电的电子会偏转到平板的一侧，带正电的空穴会偏转到另一侧。这就是为什么电位差(也称为霍尔电压)会在板的两边之间产生，可以用仪表测量。
图3 -霍尔效应原理-电子和空穴的偏转
这种效应被称为霍尔效应。磁场越强，电子就越偏转。这意味着电流越高，电子就越偏转。而且，电子偏转的越多，在平板两侧观察到的电位差就越大。因此我们可以说:
- 霍尔电压与电流成正比，且
- 霍尔电压与外加磁场成正比。
霍尔效应原理的数学表达式
以下是一些在霍尔效应计算中广泛使用的数学表达式
霍尔电压
霍尔电压用V表示H．霍尔电压的数学表达式为:-
地点:
我—通过传感器的电流
B-磁场强度
问——负责
n-每单位体积载流子的数量
d—传感器厚度
霍尔系数
用R表示H．霍尔系数(RH)是1 / (qn)．霍尔系数(RH)如果正电荷空穴的数量多于负电荷电子的数量，则为正数。同样，如果负电荷电子的数量大于正电荷空穴的数量，霍尔系数(RH)为负。
载流子浓度
电子载流子浓度用“n”表示，空穴用“p”表示。载流子浓度的数学表达式为:-
大厅里流动
电子的霍尔迁移率用'表示μn而对于Holes则用'μp”。霍尔迁移率的数学表达式为:-
地点:
μn-由于电子的导电性
μp-孔洞导致的导电
磁通量密度
磁通量密度用“B”表示。磁通量密度的数学表达式为:-
霍尔效应原理的应用
霍尔效应原理用于:-
- 磁场感应设备。
- 乘数应用程序提供实际的乘法。
- 霍尔效应钳测试仪用于测量直流电。
- 相位角测量。例如-在测量曲轴的角度位置，以准确地对准火花塞的发射角度
- 线性或角位移传感器。例如，识别汽车座椅和安全带的位置，并充当安全气囊控制的联锁装置。
- 距离探测器。
- 霍尔效应传感器和探头
- 用于检测车轮速度，并相应地辅助防抱死制动系统(ABS)。
如何利用霍尔效应来识别所使用的半导体类型?
霍尔系数说明了一切。如果霍尔系数是负的，这意味着大多数载流子是电子。与n型半导体的空穴相比，电子的数量更多，这清楚地表明被测试的半导体是n型。同样地，如果霍尔系数为正，则意味着大多数载流子是空穴。与p型半导体中的电子相比，空穴的数量更多，这清楚地表明正在测试的半导体是p型半导体。
