霍尔传感器的工作原理

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔(A.H.Hall，1855―1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。

霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图1所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。

霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。

(一)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。

(二)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。

霍尔传感器的应用

霍尔传感器技术在汽车工业中有着广泛的应用，包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动系统。为了满足不同系统的需要，霍尔传感器有开关式、模拟式和数字式传感器三种形式，霍尔传感器可以采用金属和半导体等制成，效应质量的改变取决于导体的材料，材料会直接影响流过传感器的正离子和电子。

制造霍尔元件时，汽车工业通常使用三种半导体材料，即砷化镓、锑化铟以及砷化铟。最常用的半导体材料当属砷化铟，霍尔传感器的形式决定了放大电路的不同，其输出要适应所控制的装置。这个输出可能是模拟式，如加速位置传感器或节气门位置传感器，也可能是数字式。如曲轴或凸轮轴位置传感器，当霍尔元件用于模拟式传感器时，这个传感器可以用于空调系统中的温度表或动力控制系统中的节气门位置传感器。

霍尔元件与微分放大器连接，放大器与NPN晶体管连接。磁铁固定在旋转轴上，轴在旋转时，霍尔元件上的磁场加强。其产生的霍尔电压与磁场强度成比例，当霍尔元件用于数字信号时，例如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器或车速传感器，必须首先改变电路。霍尔元件与微分放大器连接，微分放大器与施密特触发器连接。在这种配置中。传感器输出一个开或关的信号，在多数汽车电路中，霍尔传感器是电流吸收器或者使信号电路接地。要完成这项工作，需要一个NPN晶体管与施密特触发器的输出连接。磁场穿过霍尔元件，一个触发器轮上的叶片在磁场和霍尔元件之间通过

什么是霍尔传感器，它是如何工作的，有什么应用？

霍尔效应传感器

霍尔效应传感器是用来测量磁场大小的线性传感器。这些传感器利用霍尔效应原理，在检测到磁场时产生霍尔电压，用于测量磁感应强度。

线性传感器可以测量大范围的磁场。除了磁场，这些传感器还用于检测位置，速度。对于这些传感器来说，输出电压与磁场大小成正比。

霍尔效应传感器的工作原理

利用霍尔电压原理作为霍尔效应传感器的工作原理。在导体的薄带上，通电时电子沿直线流动。当这个带电导体与与电子运动方向垂直的磁场接触时，电子就会发生偏转。

一些电子被收集到一边，而另一些则被收集到另一边。因此，导体的一个平面表现为负电荷，而另一个表现为正电荷。这就产生了电位差和电压。这个电压叫做霍尔电压。

电子继续从平面的一边移动到另一边，直到电场作用在带电粒子上的力和引起磁场变化的力之间达到平衡。当这种分离停止时，该瞬间的霍尔电压值就给出了磁通量密度的测量值。

根据霍尔电压与磁通密度的关系，霍尔效应传感器有两种类型。在线性传感器中，输出电压与磁通密度成线性关系。在门限传感器中，在每个磁通密度下，输出电压都会急剧下降。

霍尔效应传感器可以看作是线性传感器。为了处理传感器的输出，这些需要一个线性电路，可以为传感器提供恒定的驱动电流，也可以放大输出信号。

霍尔效应传感器的用途是什么?

霍尔效应传感器便宜、坚固、可靠、小巧、易于使用，所以你会在许多不同的机器和日常设备中发现它们，从汽车点火装置到电脑键盘、工厂机器人到健身自行车

这是一个很常见的例子，你可能正在用在你的电脑上。在一个无刷直流电机(用于诸如硬盘和软盘驱动器之类的东西)，你需要能够在任何时候准确地感觉到电机的位置。安装在转子(电机的旋转部分)附近的霍尔效应传感器将能够通过测量磁场的变化来非常精确地探测其方向。这样的传感器还可以用来测量速度(例如，计算车轮或汽车发动机凸轮或曲轴的旋转速度)。你经常会在电子速度计和风速计(风速计)中发现它们，它们可以以类似的方式用于簧管开关。

图片:这个旧软盘驱动器上的小型直流无刷电机有三个霍尔效应传感器(红色圆圈表示)，它们位于电机的边缘，检测电机转子(一个旋转的永磁体)的运动(在这张照片上没有显示)。传感器不是很多看，正如你可以看到从特写照片在右边!

埃德温·霍尔的革命性发现花了几十年才流行起来，但现在它被用于各种领域——甚至是电磁空间火箭发动机。毫不夸张地说，霍尔的开创性工作产生了相当大的影响!

插图:典型的霍尔传感器是如何包装的。磁场可以非常小，所以我们需要我们的探测器尽可能地敏感，这是一种实现这一点的方法。霍尔芯片本身(绿色，17)安装在一个铁载体板(灰色，16)，夹在两个成型的塑料部分(灰色，11,12)。芯片由引线(19)连接到终端引脚(蓝色)，通过它可以连接到一个电路。但真正重要的部分是两个软铁“通量集中器”(橙色，15,21)，这使得该设备非常敏感。当你在传感器附近放置一块磁铁(22)时，这些集中器允许磁通量(磁场产生的磁场的“密度”)沿着霍尔芯片的一个连续环路流动，产生正电压或负电压。如果磁铁滑到传感器的另一侧，就会产生相反的电压。

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