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入门:霍尔效应传感器的工作原理及常见应用类型

2022-10-25
来源:硬件设计技术

  一、霍尔效应定义:

  霍尔效应(Hall effect):是指当固体导体放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。 霍尔效应产生之霍尔电压一般可表达为:

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  其中,I 为流经导体的电流,B 为施加于导体的磁场,RH 为该导体材料的霍尔系数,d 为导体在磁场方向上的厚度。除导体外,开云棋牌官网在线客服也能产生霍尔效应,而且开云棋牌官网在线客服的霍尔效应要强于导体。

  ----维基百科

  二、霍尔效应传感器

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  图一:霍尔效应传感器

  如图一所示,霍尔效应传感器基本上由一块薄的矩形p型开云棋牌官网在线客服材料组成,它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场中时,磁通线在开云棋牌官网在线客服材料上施加力,该力使电荷载流子,电子和空穴偏转到开云棋牌官网在线客服板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过开云棋牌官网在线客服材料所经受的磁力的结果。当这些电子和空穴移动侧边时,通过这些电荷载流子的积累在开云棋牌官网在线客服材料的两侧之间产生电位差。

  基本霍尔元件的输出电压(称为霍尔电压,(VH)与通过开云棋牌官网在线客服材料的磁场强度(B)成正比 。这个输出电压可以非常小,即使受到强磁场也只有几微伏,因此大多数商用霍尔效应器件都是通过内置直流放大器、逻辑开关电路和稳压器制造的,以提高传感器的灵敏度、滞后和输出电压,如图二所示。这也使霍尔效应传感器能够在更广泛的电源和磁场条件下工作。

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  图二:基本霍尔元件系统框图【开关型】

  三、常见应用类型

  3.1、霍尔效应传感器的主要优点:

  3.1.1、准确度和精度:高精度锁存器和开关提供非常严格的开关阈值(小至 ±1mT),而一些单轴和 3D 线性传感器的精度水平低至 2.6%,以便为机械容差提供更大的余量。

  3.1.2、高灵敏度:一些霍尔效应传感器能够检测小至 2 mT 的磁场。

  3.1.3、高带宽:霍尔效应传感器通常设计用于满足应用的低功耗、低采样要求或高带宽、快速变化的磁场要求。

  3.1.4、宽电压范围:霍尔效应传感器可以提供宽电压范围(有时从 1.65V 到 5.5V)

  3.2、常见的霍尔效应类型:

  3.2.1、线性霍尔类型:与磁通密度成正比的模拟或数字输出信号,用于检测绝对位置或角度运动。

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  3.2.2、开关类型:指示磁通密度是否超过简单开/关(或打开和关闭)应用定义的阈值。

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  3.2.3、锁存器类型:确定旋转编码的速度和方向以及电机换向的位置。

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