Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Эффект Холла — возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике или полупроводнике с током, помещённом в магнитное поле. Поперечное поле появляется из-за действия силы Лоренца на носители заряда. Эффект лежит в основе работы магнитных датчиков, измерителей тока и устройств определения типа проводимости.
Эффект Холла был открыт американским физиком Эдвином Холлом в 1879 году. Если по тонкой пластине проводника, помещённой в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока, пропускать электрический ток, на боковых гранях пластины возникает разность потенциалов — ЭДС Холла.
Физическая причина — действие силы Лоренца F = q·v × B на движущиеся носители заряда. Носители отклоняются к одной из боковых граней пластины, накапливаются там и создают поперечное электрическое поле, уравновешивающее магнитную составляющую силы Лоренца.
Эффект Холла позволяет различать электронную и дырочную проводимость: знак ЭДС Холла зависит от знака основных носителей заряда. Это одно из ключевых открытий в физике полупроводников.
Для тонкой пластины толщиной d с током I в магнитном поле с индукцией B напряжение Холла рассчитывается по формуле:
UH = RH · I · B / d
где RH — постоянная Холла (коэффициент Холла), I — ток, B — магнитная индукция, d — толщина пластины. Для проводника с одним типом носителей RH = 1/(n·q), где n — концентрация носителей, q — заряд носителя.
Знак RH позволяет однозначно определить тип проводимости. У металлов с электронной проводимостью RH < 0, у полупроводников p-типа RH > 0. Это широко используется в холловской характеризации полупроводниковых материалов.
В полупроводниках коэффициент Холла на много порядков выше, чем в металлах, из-за значительно меньшей концентрации носителей. Поэтому именно полупроводники используются в чувствительных датчиках.
Современная физика выделяет несколько разновидностей эффекта, различающихся условиями возникновения и физической природой.
В целочисленном квантовом эффекте Холла поперечное сопротивление принимает значения Rxy = h/(ν·e²), где ν — целое число, h — постоянная Планка, e — заряд электрона. Константа фон Клитцинга RK = h/e² ≈ 25 812,807 Ом с 2019 года является точно определённой величиной СИ.
Микросхемы датчиков Холла серий Allegro A1324, Honeywell SS49E, TDK-Micronas HAL обеспечивают чувствительность 1,3–5 мВ/Гс, рабочий диапазон полей до ±200 мТл, температурный диапазон от −40 до +150 °C и напряжение питания 3,3–5 В. Линейные датчики дают аналоговый выход, цифровые — переключение по пороговому уровню поля.
Преимущества: бесконтактное измерение, высокая надёжность (нет механических контактов), широкий температурный диапазон, высокая частотная характеристика (до десятков МГц), компактность интегрального исполнения, низкая стоимость.
Ограничения: температурный дрейф параметров требует калибровки, чувствительность к посторонним магнитным полям, ограниченная разрешающая способность у простых типов (1–10 мТл). Для высокоточных измерений применяются датчики на основе InSb или GaAs с компенсационными схемами.
Для измерения слабых полей до десятков нанотесла используют не классический эффект Холла, а магниторезистивные (AMR, GMR, TMR) или флюксгейт-сенсоры. Эффект Холла оптимален для диапазона от микротесла до единиц тесла.
Эффект Холла остаётся одним из самых востребованных физических явлений в технике: от обычных магнитных датчиков положения до квантового эталона сопротивления. Формула UH = RH·I·B/d связывает напряжение с током и индукцией поля, а знак коэффициента Холла позволяет определить тип проводимости. Понимание физики эффекта и параметров современных датчиков необходимо при проектировании систем автоматики, силовой электроники и измерительной техники.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.