霍爾效應簡(jiǎn)介及其應用

什么是霍爾效應？

　　霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是美國物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導電機構時(shí)發(fā)現的。當電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導體時(shí)，在導體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì )出現電勢差，這一現象便是霍爾效應。這個(gè)電勢差也被叫做霍爾電勢差。

　　霍爾效應的本質(zhì)

　　固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側建立起一個(gè)穩定的電勢差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強度與磁場(chǎng)強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場(chǎng)和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導電過(guò)程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。

　　霍爾效應的應用

　　霍爾效應在應用技術(shù)中特別重要?；魻柊l(fā)現，如果對位于磁場(chǎng)(B)中的導體(d)施加一個(gè)電壓(Iv)，該磁場(chǎng)的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場(chǎng)垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會(huì )產(chǎn)生另一個(gè)電壓(UH)，人們將這個(gè)電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現象被稱(chēng)為霍爾效應。好比一條路， 本來(lái)大家是均勻的分布在路面上, 往前移動(dòng). 當有磁場(chǎng)時(shí)， 大家可能會(huì )被推到靠路的右邊行走. 故路 (導體) 的兩側, 就會(huì )產(chǎn)生電壓差. 這個(gè)就叫“霍爾效應”。根據霍爾效應做成的霍爾器件，就是以磁場(chǎng)為工作媒體，將物體的運動(dòng)參量轉變?yōu)閿底蛛妷旱男问捷敵?，使之具備傳感和開(kāi)關(guān)的功能。 　　

　　訖今為止，已在現代汽車(chē)上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、ABS系統中的速度傳感器、汽車(chē)速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態(tài)診斷、發(fā)動(dòng)機轉速及曲軸角度傳感器、各種開(kāi)關(guān)，等等。 　　

　　例如汽車(chē)點(diǎn)火系統，設計者將霍爾傳感器放在分電器內取代機械斷電器，用作點(diǎn)火脈沖發(fā)生器。這種霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器隨著(zhù)轉速變化的磁場(chǎng)在帶電的半導體層內產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元（ECU）的初級電流。相對于機械斷電器而言，霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器無(wú)磨損免維護，能夠適應惡劣的工作環(huán)境，還能精確地控制點(diǎn)火正時(shí)，能夠較大幅度提高發(fā)動(dòng)機的性能，具有明顯的優(yōu)勢。 　　

　　用作汽車(chē)開(kāi)關(guān)電路上的功率霍爾電路，具有抑制電磁干擾的作用。許多人都知道，轎車(chē)的自動(dòng)化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車(chē)上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )產(chǎn)生浪涌電流，使機械式開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號。采用功率霍爾開(kāi)關(guān)電路可以減小這些現象。 　　

　　霍爾器件通過(guò)檢測磁場(chǎng)變化，轉變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監視和測量汽車(chē)各部件運行參數的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現自動(dòng)檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車(chē)的惡劣工作環(huán)境。