之前給大家講過磁敏傳(chuan) 感器，磁敏傳(chuan) 感器的工作原理，還有各種類型的傳(chuan) 感器，為(wei) 了避免大家忽略掉本文的內(nei) 容，關(guan) 於(yu) 各類傳(chuan) 感器的文章文末有總結。

之前在講磁敏傳(chuan) 感器的時候，有簡單介紹過霍爾（效應）傳(chuan) 感器，今天就來詳細講講。主要是關(guan) 於(yu) 以下6個(ge) 方麵，圖片點擊放大觀看。

• 1、霍爾效應
• 2、霍爾效應原理
• 3、霍爾（效應）傳感器
• 4、霍爾（效應）傳感器原理
• 5、霍爾（效應）傳感器檢測方法
• 6、霍爾（效應）傳感器優缺點

1、什麽是霍爾效應？

霍爾效應是由帶電粒子（如電子）相應電場和磁場的相互作用引起的。更為(wei) 形象生動的大家可以看下麵這個(ge) 霍爾效應原理動畫圖。

2、霍爾效應原理

當導電板連接到帶有電池的電路時，電流開始流動。電荷載體(ti) 將沿著從(cong) 板的一端到另一端的線性路徑。電荷載流子的運動導致磁場的產(chan) 生。當磁體(ti) 靠近板放置時，電荷載流子的磁場會(hui) 發生畸變。這擾亂(luan) 了電荷載流子的直線流動。擾亂(luan) 電荷載流子流動方向的力稱為(wei) 洛倫(lun) 茲(zi) 力。

由於(yu) 電荷載流子磁場的畸變，帶負電的電子將偏轉到板的一側(ce) ，而帶正電的空穴將偏轉到板的另一側(ce) 。在板的兩(liang) 側(ce) 之間會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 電位差，稱為(wei) 霍爾電壓，可以用儀(yi) 表測量。

  

霍爾效應和洛倫(lun) 茲(zi) 力，藍色箭頭 B 表示垂直穿過導電板的磁場

霍爾效應原理表明：當將載流導體(ti) 或半導體(ti) 引入垂直磁場時，可以在電流路徑成直角的位置測量電壓。

霍爾電壓表示為(wei) VH 由公式給出：

  

霍爾電壓公式

• VH 是導電板上的霍爾電壓
• I 是流過傳感器的電流
• B 是磁場強度
• q 是電荷
• n 是每單位體積的電荷載流子的數量
• d 是傳感器的厚度

3、霍爾效應傳感器原理

當傳(chuan) 感器周圍的磁通密度超過某個(ge) 預設閾值時，傳(chuan) 感器會(hui) 檢測到它並產(chan) 生稱為(wei) 霍爾電壓 VH 的輸出電壓。具體(ti) 的原理如下圖所示。

霍爾效應傳(chuan) 感器基本上由一塊薄薄的矩形 p 型半導體(ti) 材料組成，例如砷化镓 (GaAs)、銻化銦 (InSb) 或砷化銦 (InAs)，其自身通過連續電流。

  

霍爾效應傳(chuan) 感器原理圖

當霍爾效應傳(chuan) 感器放置在磁場中時，磁通量線對半導體(ti) 材料施加一個(ge) 力，使載流子、電子和空穴偏轉到半導體(ti) 板的任一側(ce) 。電荷載流子的這種運動是它們(men) 穿過半導體(ti) 材料時所經曆的磁力的結果。

當這些電子和空穴向側(ce) 麵移動時，由於(yu) 這些電荷載流子的積累，在半導體(ti) 材料的兩(liang) 側(ce) 之間會(hui) 產(chan) 生電位差。然後，電子通過半導體(ti) 材料的運動受到與(yu) 其成直角的外部磁場的影響，這種影響在扁平矩形材料中更大。

霍爾效應提供有關(guan) 磁極類型和磁場大小的信息。例如，南極會(hui) 使設備產(chan) 生電壓輸出，而北極則不會(hui) 產(chan) 生任何影響。通常，霍爾效應傳(chuan) 感器和開關(guan) 設計為(wei) 在不存在磁場時處於(yu) “關(guan) 閉”狀態（開路狀態）。它們(men) 隻有在受到足夠強度和極性的磁場時才會(hui) “打開”（閉路條件）。

4、霍爾效應傳感器

在最簡單的形式中，傳(chuan) 感器作為(wei) 模擬傳(chuan) 感器工作，直接返回電壓。在已知磁場的情況下，可以確定其與(yu) 霍爾板的距離。使用傳(chuan) 感器組，可以推斷出磁體(ti) 的相對位置。

通常，霍爾效應傳(chuan) 感器與(yu) 允許設備以數字（開/關(guan) ）模式運行的電路相結合，並且在此配置中可能被稱為(wei) 開關(guan) 。下圖為(wei) 包含兩(liang) 個(ge) 磁鐵的輪子經過霍爾效應傳(chuan) 感器，可以明顯的看到燈的變化。

  

包含兩(liang) 個(ge) 磁鐵的輪子經過霍爾效應傳(chuan) 感器

霍爾效應傳感器

大多數霍爾效應器件不能直接切換大型電氣負載，因為(wei) 它們(men) 的輸出驅動能力非常小，大約為(wei) 10 到 20mA。對於(yu) 大電流負載，在輸出中添加一個(ge) 集電極開路（電流吸收）NPN 晶體(ti) 管。如下圖所示：

該晶體(ti) 管在其飽和區域中作為(wei) NPN 灌電流開關(guan) 工作，隻要施加的磁通密度高於(yu) “ON”預設點的磁通密度，就會(hui) 將輸出端子短接到地。

輸出開關(guan) 晶體(ti) 管可以是發射極開路晶體(ti) 管、集電極開路晶體(ti) 管配置或兩(liang) 者都提供推挽輸出類型配置，該配置可以吸收足夠的電流以直接驅動許多負載，包括繼電器、電機、LED 和燈。

  

典型的霍爾效應開關(guan) 圖

霍爾效應傳(chuan) 感器可提供線性或數字輸出。線性（模擬）傳(chuan) 感器的輸出信號直接取自運算放大器的輸出，輸出電壓與(yu) 通過霍爾傳(chuan) 感器的磁場成正比。該輸出霍爾電壓為(wei) ：

  

霍爾電壓公式圖

• V H是以伏特為單位的霍爾電壓
• R H是霍爾效應係數
• I是流過傳感器的電流，單位為安培
• t是傳感器的厚度，單位為 mm
• B是特斯拉的磁通量密度

線性或模擬傳(chuan) 感器提供連續的電壓輸出，該輸出隨強磁場增加而隨著弱磁場減少。在線性輸出霍爾效應傳(chuan) 感器中，隨著磁場強度的增加，來自放大器的輸出信號也會(hui) 增加，直到它開始因施加電源的限製而飽和。

磁場的任何額外增加都不會(hui) 對輸出產(chan) 生影響，但會(hui) 使其更加飽和。

5、霍爾傳感器測量方法--磁場的運動路徑

霍爾效應傳(chuan) 感器由磁場激活，在許多應用中，該設備可以通過連接到移動軸或設備的單個(ge) 永磁體(ti) 來操作。有許多不同類型的磁鐵運動，例如“正麵”、“側(ce) 身”、“推拉”或“推-推”等感應運動。

使用每種類型的配置，以確保最大靈敏度，磁通線必須始終垂直於(yu) 設備的感應區域，並且必須具有正確的極性。

此外，為(wei) 了確保線性，需要高場強磁鐵，以便為(wei) 所需的運動產(chan) 生較大的場強變化。檢測磁場有多種可能的運動路徑，以下是使用單個(ge) 磁體(ti) 的兩(liang) 種更常見的傳(chuan) 感配置：正麵檢測和側(ce) 向檢測。

1、霍爾傳(chuan) 感器測量方法--正麵檢測

顧名思義(yi) ，“正麵檢測”要求磁場垂直於(yu) 霍爾效應傳(chuan) 感設備，並且為(wei) 了檢測，它直接朝向有源麵接近傳(chuan) 感器。一種“正麵”的方法。

 

這種正麵方法會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 輸出信號VH，它在線性器件中表示磁場強度，即磁通量密度，它是距霍爾效應傳(chuan) 感器的距離的函數。距離越近，磁場越強，輸出電壓越大，反之亦然。

線性器件還可以區分正磁場和負磁場。非線性裝置可以在遠離磁鐵的預設氣隙距離處觸發輸出“ON”，以指示位置檢測。

2、霍爾傳(chuan) 感器測量方法--側(ce) 身檢測

第二種傳(chuan) 感配置是“橫向檢測”。這需要在霍爾效應元件的表麵上橫向移動磁鐵。

當磁場在固定氣隙距離內(nei) 穿過霍爾元件的表麵時，側(ce) 向或滑過檢測對於(yu) 檢測磁場的存在很有用，例如，計算旋轉磁鐵或電機的旋轉速度。

 

根據磁場通過傳(chuan) 感器零場中心線時的位置，可以產(chan) 生表示正輸出和負輸出的線性輸出電壓。這允許定向運動檢測，它可以是垂直的也可以是水平的。

霍爾傳感器--位置檢測器

根據設備的類型（無論是數字的還是線性的），有許多不同的方法可以將霍爾效應傳(chuan) 感器連接到電氣和電子電路。一個(ge) 非常簡單且易於(yu) 構建的實例如下圖：

當不存在磁場（0 ）時，正麵位置檢測器將“關(guan) 閉”。當永磁體(ti) 南極（正高斯）垂直移動到霍爾效應傳(chuan) 感器的有效區域時，設備將“打開”並點亮 LED。一旦切換“ON”，霍爾效應傳(chuan) 感器將保持“ON”。

6、霍爾傳感器優缺點

優(you) 點

霍爾效應傳(chuan) 感器可以用作電子開關(guan) 。

• 這種開關的成本低於機械開關，而且更可靠。
• 它的工作頻率最高可達 100 kHz。
• 它不會受到觸點反彈的影響，因為使用了具有滯後功能的固態開關而不是機械觸點。
• 由於傳感器采用密封包裝，因此不會受到環境汙染物的影響。因此，它可以在惡劣的條件下使用。

對於(yu) 線性傳(chuan) 感器（用於(yu) 磁場強度測量），霍爾效應傳(chuan) 感器：

• 可以測量範圍廣泛的磁場
• 可以測量北極或南極磁場
• 可以是平的

缺點

霍爾效應傳(chuan) 感器提供的測量精度遠低於(yu) 磁通門磁力計或基於(yu) 磁阻的傳(chuan) 感器。此外，霍爾效應傳(chuan) 感器漂移顯著，需要補償(chang) 。

以上就是關(guan) 於(yu) 霍爾傳(chuan) 感器的一些介紹，希望大家多多支持我，收藏、點讚、有什麽(me) 疑問歡迎在評論區留言，還可以分享給身邊的工程師朋友。