快速掃盲 | 霍爾傳感器的工作原理

1 霍爾效應
霍爾效應是美國物理學家 ?Edwin Hall 于 1879 年發(fā)現(xiàn)；

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

如果導體周圍存在足夠強的磁場，這時候電荷會受到一種稱為洛倫茲力的力，電荷移動的路徑便會發(fā)現(xiàn)偏移，因此，偏移的電荷會積累到導體的同一面上，而另一面留下空穴，這樣導體之間便產(chǎn)生了電勢差；

2 霍爾傳感器
霍爾效應產(chǎn)生的電勢差非常小，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算放大器，根據(jù)整體需求還會配合其他一些系統(tǒng)電路，整體架構如下所示；

通?；魻杺鞲衅髯罱K輸出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種；

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

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

開關型霍爾根據(jù)輸入信號和輸出關系的不同可以分為：單極性霍爾，雙極性霍爾，全極性霍爾；

2.1 單極性霍爾
單極性霍爾的開關特性通常是磁場的磁極和傳感器的正反面要一一對應，否則可能會沒有輸出，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)，直到下一個輸入到來，才會改變輸出狀態(tài)，廣泛的應用與直流無刷電機，計數(shù)，定位等系統(tǒng)中；

2.3 全極性霍爾
全極性霍爾開關會在磁場 S 極靠近正面時輸出低電平，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)磁場的時候，就可以輸出相應的信號，這樣就可以實現(xiàn)非接觸式得測量轉(zhuǎn)速，位置信號，因此在工作環(huán)境嚴酷的情況下，該應用場景就非常理想；具體檢測方式如下圖所示；

工業(yè)應用：

非接觸式旋轉(zhuǎn)位置檢測；

機器人技術；

無刷直流電動機換向；

電動工具；

汽車應用：

方向盤位置檢測；

油門位置檢測；

傳動變速箱編碼器；

頭燈位置控制；

電動座椅位置指示器；

辦公設備：

打印機、掃描儀、復印機；

取代光學編碼器；

前面板旋轉(zhuǎn)開關；

取代電位器；

這里簡單介紹一下，其具體的應用方式會因為 IC 的不同而有所差異，但是這些也都是基于 Hall 傳感器的基礎上進行展開，所以這里這是概念性的介紹；

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

開關型霍爾根據(jù)感應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；本文只是結合作者的實際使用情況進行簡單地進行

介紹;

因為作者能力有限，難免存在錯誤或紕漏，請各位不吝賜教