1.什麼是霍爾效應？

霍爾效應是由帶電粒子（例如電子）對應的電場與磁場相互作用產生的。為了更生動直觀的理解，可以參考下面的霍爾效應原理動畫圖。

2.霍爾效應的原理

當一塊導電板連接到有電池的電路時，電流開始流動。電荷載體將沿著線性路徑從板的一端移動到另一端。電荷載體的運動會產生磁場。當磁鐵靠近板時，電荷載體的磁場會發生畸變，從而擾亂電荷載體的直線流動。這種擾亂電荷載體流動方向的力稱為洛倫茲力。

由於載子磁場的畸變，帶負電的電子會偏向極板的一側，而帶正電的電洞會偏向另一側。極板兩側之間會產生電位差，稱為霍爾電壓，可用儀器測量。

霍爾效應與洛倫茲力：藍色箭頭B表示垂直穿過導電板的磁場

霍爾效應的原理是，當將載流導體或半導體引入垂直磁場時，可以在垂直於電流路徑的位置測量電壓。

霍爾電壓（表示為 VH）由以下公式給出：

· VH 為導電板上的霍爾電壓

· I 是流經感測器的電流

· B 是磁場強度

· q 是電荷

· n 是單位體積的載子數量

· d 是感測器的厚度

3.霍爾效應感測器的原理

當感測器周圍的磁通密度超過某個預設的閾值時，感測器就會偵測到，並產生一個輸出電壓，該電壓稱為霍爾電壓（VH）。具體原理如下圖所示。

霍爾效應感測器基本上由一片薄矩形的 p 型半導體材料組成，例如砷化鎵 (GaAs)、銻化銦 (InSb) 或砷化銦 (InAs)，連續電流通過該材料。

霍爾效應感測器示意圖

當霍爾效應感測器置於磁場中時，磁通線會對半導體材料施加力，導致電荷載子（電子和電洞）偏向半導體板的兩側。電荷載子的這種運動是由於它們穿過半導體材料時受到磁力的作用。

當這些電子和電洞橫向移動時，由於這些電荷載子的積累，半導體材料兩側之間會產生電位差。電子穿過半導體材料的運動會受到垂直於該材料的外部磁場的影響，這種影響在扁平矩形材料中更為明顯。

霍爾效應提供有關磁極類型和磁場強度的信息。例如，南極會導致設備產生電壓輸出，而北極則不會產生任何影響。通常，霍爾效應感測器和開關設計為在沒有磁場時處於“關閉”狀態（開路狀態）。只有當它們暴露於足夠強度和極性的磁場中時，才會「開啟」（閉路狀態）。

4.霍爾效應感測器

此感測器最簡單的形式是類比感測器，直接返回電壓。已知磁場，即可確定與霍爾板的距離。利用一組感測器，可以推斷出磁鐵的相對位置。

霍爾效應感測器通常與允許設備以數位（開/關）模式運行的電路結合使用，在這種配置下，它們可以稱為開關。下圖顯示了一個帶有兩塊磁鐵的車輪經過霍爾效應感測器的情況。