快速掃盲 | 霍爾傳感器的工作原理

1 霍爾效應(yīng)
霍爾效應(yīng)是美國(guó)物理學(xué)家 ?Edwin Hall 于 1879 年發(fā)現(xiàn)；

由于導(dǎo)體中電流的性質(zhì)，電流是由電子的定向移動(dòng)所形成的，并且電子移動(dòng)的方向和電流方向相反；通常，電子脫離之后的導(dǎo)體便留下了空穴，表現(xiàn)為正電壓；

如果導(dǎo)體周圍存在足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，這時(shí)候電荷會(huì)受到一種稱為洛倫茲力的力，電荷移動(dòng)的路徑便會(huì)發(fā)現(xiàn)偏移，因此，偏移的電荷會(huì)積累到導(dǎo)體的同一面上，而另一面留下空穴，這樣導(dǎo)體之間便產(chǎn)生了電勢(shì)差；

2 霍爾傳感器
霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)差非常小，往往只有幾微伏，因此霍爾傳感器中往往內(nèi)置了非常高增益的運(yùn)算放大器，根據(jù)整體需求還會(huì)配合其他一些系統(tǒng)電路，整體架構(gòu)如下所示；

通常霍爾傳感器最終輸出的信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種；

輸出數(shù)字信號(hào)：一般在運(yùn)算放大器后級(jí)增加一個(gè)施密特觸發(fā)器，則輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，通常為系統(tǒng)提供相應(yīng)的遲滯和開關(guān)閾量，類似的如開關(guān)型霍爾元器件；

輸出模擬信號(hào)：線性霍爾傳感器的輸出量是模擬信號(hào)，配合 ADC 進(jìn)行采樣，可以用于檢測(cè)物體的位移；

開關(guān)型霍爾根據(jù)輸入信號(hào)和輸出關(guān)系的不同可以分為：?jiǎn)螛O性霍爾，雙極性霍爾，全極性霍爾；

2.1 單極性霍爾
單極性霍爾的開關(guān)特性通常是磁場(chǎng)的磁極和傳感器的正反面要一一對(duì)應(yīng)，否則可能會(huì)沒有輸出，具體如下表所示；

2.2 雙極性霍爾
相較于單極性霍爾，雙極性霍爾傳感器可以鎖存輸出電平的狀態(tài)，直到下一個(gè)輸入到來(lái)，才會(huì)改變輸出狀態(tài)，廣泛的應(yīng)用與直流無(wú)刷電機(jī)，計(jì)數(shù)，定位等系統(tǒng)中；

2.3 全極性霍爾
全極性霍爾開關(guān)會(huì)在磁場(chǎng) S 極靠近正面時(shí)輸出低電平，N 極靠近正面，輸出高電平；

3 磁編碼器
磁編碼器內(nèi)部就集成了 Hall 元件，在正面存在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的時(shí)候，就可以輸出相應(yīng)的信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)非接觸式得測(cè)量轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)，因此在工作環(huán)境嚴(yán)酷的情況下，該應(yīng)用場(chǎng)景就非常理想；具體檢測(cè)方式如下圖所示；

工業(yè)應(yīng)用：

非接觸式旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)；

機(jī)器人技術(shù)；

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)換向；

電動(dòng)工具；

汽車應(yīng)用：

方向盤位置檢測(cè)；

油門位置檢測(cè)；

傳動(dòng)變速箱編碼器；

頭燈位置控制；

電動(dòng)座椅位置指示器；

辦公設(shè)備：

打印機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)；

取代光學(xué)編碼器；

前面板旋轉(zhuǎn)開關(guān)；

取代電位器；

這里簡(jiǎn)單介紹一下，其具體的應(yīng)用方式會(huì)因?yàn)?IC 的不同而有所差異，但是這些也都是基于 Hall 傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行展開，所以這里這是概念性的介紹；

4 總結(jié)
霍爾傳感器的應(yīng)用非常廣泛，根據(jù)輸出信號(hào)不同，可以分為開關(guān)型霍爾和線性霍爾；

開關(guān)型霍爾根據(jù)感應(yīng)方式不同可以分為單極性霍爾，雙極性鎖存霍爾和全極性霍爾；本文只是結(jié)合作者的實(shí)際使用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單地進(jìn)行

介紹;

因?yàn)樽髡吣芰τ邢?，難免存在錯(cuò)誤或紕漏，請(qǐng)各位不吝賜教