霍尔元件的工作原理与应用

霍尔元件是磁传感器，其原理基于霍尔效应，霍尔传感器将磁场的变化转换为电位差的变化。本文介绍霍尔元件的原理、结构、使用方法和应用电路等。

一、霍尔效应

如图1所示，霍尔效应是指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。

电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍尔常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。
在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁力的作用（有磁场） ，而改变电子行进的方向。若电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电洞） ，将集中于平板的上下兩边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论：
(1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。
(2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。
由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。

二、种类及接法
构造：
无铁心型
铁心型
测试用探针霍尔集成电路
接法：
三端子组件
四端子组件
五端子组件
霍尔元件供电：

三、应用
组件有下列三种用法
(A) 事先使一定电流流过霍尔组件，用以检出磁场或变换成磁场之其它物理量之方法。
(B) 利用组件之电流、磁场及作为其变量之该两种量的乘法作用之方法。
(C) 利用非相反性(即在一定磁场中，使与输入端子通以电流时所得之输出同方向之电流流过输出端子时，在输入端子会产生与最初之电压反方向之霍尔电压的现象)之方法。
上述各种使用方法之具体例参照前述磁电变换组件之用途之项所述。在这些具体例中，有不少在组件之灵敏度及温度特性上，霍尔组件形成1 匝(Turn)之线圈有妨碍而难以符合实用。但利用霍尔探针测定磁场因属于比较简便的用法，已经定型，另外例如无电刷马达(霍尔马达)开关等也逐渐进入实用的阶段，磁头的制造也有人尝试过。