霍尔元件的工作原理 霍尔元件的工作原理是电磁感应原理

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霍尔传感器原理

霍尔传感器原理aAd星座分析

霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。aAd星座分析

一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器aAd星座分析

(一)霍尔效应aAd星座分析

如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，aAd星座分析

它们之间的关系为 。

其中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。aAd星座分析

上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。aAd星座分析

(二)霍尔元件aAd星座分析

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。aAd星座分析

(三)霍尔传感器aAd星座分析

由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。aAd星座分析

霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一种型号的外形图。aAd星座分析

二、霍尔传感器的分类aAd星座分析

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。aAd星座分析

(一)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。aAd星座分析

(二)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。aAd星座分析

三、霍尔传感器的特性aAd星座分析

(一)线性型霍尔传感器的特性aAd星座分析

输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。aAd星座分析

(二)开关型霍尔传感器的特性aAd星座分析

如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。aAd星座分析

当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。aAd星座分析

另外还有一种“锁键型”(或称“锁存型”)开关型霍尔传感器，其特性如图5所示。aAd星座分析

当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变(即锁存状态)，必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。aAd星座分析

四、霍尔传感器的应用aAd星座分析

按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，这个磁场是被检测的'信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制。aAd星座分析

(一)线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量。例如：aAd星座分析

1.电流传感器aAd星座分析

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。aAd星座分析

霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。aAd星座分析

2.位移测量aAd星座分析

如图7所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。aAd星座分析

如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，如图8所示，是按这一原理制成的力传感器。aAd星座分析

(二)开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。aAd星座分析

1.测转速或转数aAd星座分析

如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数(计数器)，若接入频率计，便可测出转速。aAd星座分析

霍尔元件原理

霍尔效应的概念：在交流电的作用下，当通有交变电流时，导体两端将产生磁场并感应出电动势；而当通入直流电流时，则会产生相反方向的磁场并感应出电动势；如果同时存在两种不同频率和强度的交变电场和磁场作用在导线上时就会产生自感现象。aAd星座分析

当导线处于交变磁场与交变电场之间时会发生电磁感应现象而产生一个自感电动势e1，此值的大小与外加电压及导线的电阻成正比。若将此电源用导线连接起来便构成了一个闭合回路，由于该回路中的任一节点所接通的节点的电位均相等且方向相同.故称为同向性负载，此时若将电源断开后重新接入电路仍可得到原先的功率输出.这就是所谓的"霍耳效应"。aAd星座分析

霍耳效应的应用：（1）应用在电动机上：利用这一原理可以设计出一种无刷电动机（简称永磁电机），这种电动机结构简单、运行可靠、维护方便并且成本低等优点而被广泛应用到工业生产和日常生活中去。（2）应用在发电机上：由于没有励磁绕组所以不存在换向火花问题。（3）应用于自动控制装置中。（4）用于测量仪表。aAd星座分析

霍尔元件的工作原理。

霍尔元件应用霍尔效应的半导体。 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为: UH=RHIB/d （1） RH=1/nq（金属） （2） 式中 RH――霍尔系数；n――单位体积内载流子或自由电子的个数；q――电子电量；I――通过的电流；B――垂直于I的磁感应强度；d――导体的厚度。 对于半导体和铁磁金属，霍尔系数表达式和式（2）不同，此处从略。 由于通电导线周围存在磁场，其大小和导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不和被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。 若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。 利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。 如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。aAd星座分析

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