一文详解霍尔传感器

全面认知·霍尔传感器

磁传感器中，利用霍尔效应制成的传感器被称为霍尔传感器。霍尔传感器分为，把利用霍尔效应获得的霍尔电势（VH），直接作为输出的霍尔元件，和把霍尔元件输出通过后段IC处理后输出高低电平数字信号的霍尔IC，还有把霍尔元件输出通过运放后成线性输出的线性霍尔IC。

什么是·霍尔元件

霍尔元件是利用霍尔效应制作而成的元件，英文拼写为Hall。Hall的由来是源于发现霍尔效应的霍尔博士的名字。 霍尔效应是指，当在电流的流动方向施加一个垂直于电流的磁场时，垂直于电流和磁感线的方向会产生一个电势差的现象。

当电流通过半导体薄膜时，根据霍尔效应，会产生与磁通量密度和其方向相对应的电压。 这种基于霍尔效应制作而成的，检测磁场的元件叫做霍尔元件。(N型半导体霍尔元件的原理图如图2所示)

图2霍尔元件的原理图 (N型半导体)

即使是磁通量没有变化的静态磁场，霍尔元件也可以检测出其有无，所以霍尔元件被应用于多种用途，例如与磁铁配套使用的非接触式开关，角度传感器，电流传感器等。采用霍尔元件的地磁传感器被广泛应用于智能手机等领域。

霍尔元件

特性

作为基本型传感器，根据其后段电路设计的不同即可应用于数字型也可用于模拟型。它可获得的输出几十至几百mV的电压信号。

霍尔元件

突出特征

输出电压与垂直施加到传感器的磁场的大小成比例，并根据磁场的方向输出正电压和负电压。没有垂直磁场施加时，其输出电压为0 V (*1)。

（*1 实际上即使无磁场施加时，也存在有偏置电压。）

图1 霍尔元件的输出特性

霍尔元件

使用方法

输入端为控制电压（控制电流）和GND的2个引脚，输出端为差分输出的2个引脚，共计4个引脚。只要低于最大额定值，定电压驱动和定电流驱动都可以工作。

工作电路图（参考图例）

霍尔元件

应用

被用于DCBL电机，智能手机，数码相机的镜头驱动里。

什么是·霍尔IC

霍尔IC由霍尔元件和信号处理IC组成，通过信号处理IC将霍尔元件的输出电压进行比较，转换成高/低电平数字信号后输出（如图）。因此霍尔IC无法像霍尔元件一样输出“施加的磁场大小”等详细信息，却能够很快捷地得到“是否存在磁铁”等数字信号输出。

霍尔IC的输出电压范围是由输出的上拉电压确定的，因此在上拉电源电压时，将霍尔IC的电源电压与后端微控制器的输入电压范围相匹配，能够让微控制器更好的接收信号。

霍尔IC

特征

霍尔元件的输出与设定的阈值进行比较，并输出高低电平信号。因为输出电压范围由电源决定，因此输出信号很容易被后段控制器处理。可分为检测磁场强度的开关类型和检测磁场极性的锁存器类型。

霍尔IC

输出特性

输出电压根据垂直施加到霍尔传感器的磁场大小分为高电平和低电平的2种输出。另外，有S极检测，N极检测和双极检测类型。

当磁场大小超过Bop时，输出变为低，当它低于Brp时，输出则变为高。对于Brp和Bop，

Brp＜Bop（因为具有滞后）的关系成立。

S极检测型霍尔IC的输出特性

霍尔IC

使用方法

有2个输入端子VCC，GND 和1个输出引脚。将霍尔元件与图4所示的IC相结合，并在其在定电压驱动方式下使用。

霍尔IC

应用

开关类型霍尔IC被用于家电的开关，锁存器类型霍尔IC被用于DCBL电机，旋转磁场检测等。

什么是·线性霍尔IC

线性霍尔IC

特征

霍尔元件的输出电压经过放大器放大，并完成线性输出。（*2）因为输出电压范围由电源指定，因此输出信号很容易被后段控制器处理。

（*2 此时的输出为轨对轨输出。）

线性霍尔IC

输出特性

输出电压与垂直施加到霍尔传感器的磁场的大小成比例。当无磁场施加时，输出电压设置为VCC / 2（*3），并根据磁场方向输出0 V至VCC的电压。

（*3 实际上即使无磁场施加时，也存在有偏置电）

线性霍尔IC的输出特性

线性霍尔IC

使用方法

有2个输入端子VCC，GND 和1个输出引脚。将霍尔元件与图6所示的IC相结合，并使其在定电压驱动方式下使用。

工作电路图（参考图例）

线性霍尔IC

应用

被用于液位计，电流传感器，角度检测。

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