霍尔开关的工作原理及应用范围
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简述霍尔器件的应用及原理1. 引言霍尔器件是一种基于霍尔效应原理的电子元件,广泛用于测量和检测磁场、速度、位置和电流等物理量。
本文将简要介绍霍尔器件的应用和工作原理。
2. 霍尔效应原理霍尔效应是指在导电材料中,当有一个垂直于电流方向的磁场作用时,会产生一种垂直于电流流向和磁场方向的电势差,这就是霍尔效应。
霍尔效应可通过霍尔传感器或霍尔元件进行检测和利用。
3. 霍尔器件的工作原理霍尔器件通常由霍尔片、输入电源和输出电路组成。
当将直流电源连接到霍尔器件的输入端时,霍尔片上会产生一个横向的电场。
当有磁场垂直于该电场时,霍尔片上的载流子将受到洛仑兹力的作用,导致霍尔片两端产生一个电势差,即霍尔电压。
输出电路可以测量和检测这个霍尔电压。
4. 霍尔器件的应用霍尔器件的应用非常广泛,可以用于以下方面:4.1 磁场测量霍尔器件可以用来测量和检测磁场的强度和方向。
通过将霍尔器件放置在待测磁场中,测量霍尔电压的变化,可以获得磁场的信息。
这在磁力计、磁场导航和磁存储系统等领域具有重要应用。
4.2 速度和位置检测霍尔器件可以用于测量旋转物体的转速和位置。
通过将霍尔器件与旋转物体配合使用,如结合在机器轴上,当旋转物体经过霍尔器件时,可以检测到霍尔电压的变化,从而测量出旋转物体的转速和位置。
4.3 电流检测由于霍尔效应的特性,霍尔器件可用于测量和检测电流的大小和方向。
通过将霍尔器件放置在电流路径中,并测量霍尔电压的变化,可以获得电流的相关信息。
这在电力系统监测和电动车辆中具有很大的实际应用。
4.4 开关和触发器霍尔器件的可靠性和响应速度使其非常适合用作开关和触发器。
例如,霍尔传感器可以用于检测门的开关状态或开关按钮的位置。
当门或按钮处于特定位置时,霍尔器件将输出特定的电压,从而触发相应的操作。
4.5 其他应用除了以上应用外,霍尔器件还广泛应用于磁强计、过电流保护、电动机控制和汽车领域(如刹车系统、方向盘角度传感器等)。
在这些应用中,霍尔器件通过测量磁场、速度、位置和电流等物理量,实现精确的检测和控制。
霍尔门磁传感器或称霍尔开关,是一种可以检测磁场变化并转化为电信号的传感器。
它通常被应用于门窗磁控报警系统、电子开关和电机控制等领域。
本文将详细介绍霍尔门磁传感器的原理、结构与应用。
一、霍尔门磁传感器的原理1. 霍尔效应:霍尔效应是指在导电材料中,当有电流通过时,如果受到外部磁场的作用,会在垂直于电流方向上产生电势差。
这种现象是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年首先发现的。
霍尔效应是霍尔门磁传感器能够探测磁场变化的基础。
2. 霍尔元件:霍尔元件是霍尔门磁传感器的核心部件,通常由半导体材料制成。
当磁场作用于霍尔元件时,会在元件两侧产生电势差,这一电势差可以被检测电路所读取,从而转化为相应的信号输出。
3. 灵敏度调节:由于不同的应用场景对磁场的灵敏度要求不同,霍尔门磁传感器通常具有灵敏度调节功能。
用户可以通过调节传感器上的旋钮或设置参数来改变传感器的灵敏度。
二、霍尔门磁传感器的结构1. 外壳:霍尔门磁传感器的外壳通常由耐高温、耐腐蚀的材料制成,以确保其稳定可靠地工作在不同的环境中。
2. 传感元件:传感元件是霍尔门磁传感器的核心部件,它通常为霍尔元件。
传感元件的选择和制造工艺会直接影响传感器的灵敏度和稳定性。
3. 输出端口:霍尔门磁传感器的输出端口通常为开关量输出,常见的有正常开关、NC(Normally Closed)和NO(Normally Open)等类型。
用户可以根据实际需求选择合适的输出类型。
4. 供电接口:霍尔门磁传感器通常需要外部供电,供电电压的稳定性和电流的大小需要符合传感器的工作要求。
5. 灵敏度调节装置:为了适应不同的工作环境和需求,霍尔门磁传感器通常具有灵敏度调节装置,用户可以通过调节该装置来改变传感器的灵敏度。
三、霍尔门磁传感器的应用1. 门窗磁控报警系统:霍尔门磁传感器可以应用于门窗磁控报警系统中,通过安装在门窗上,当门窗打开时,磁场的变化会被传感器检测到,并触发报警器发出警报。
霍尔开关的原理及应用霍尔效应的原理霍尔效应是指当通过一段导体中存在电流时,在该导体的两侧施加垂直于电流方向的磁场时,会在纵向产生电势差的现象。
这种效应是由霍尔效应元件中的霍尔元件产生的。
霍尔元件是一种特殊的半导体器件,其核心是一段有载流的导体,被称为霍尔片。
霍尔效应的原理基于磁场的作用力。
当导体中的电子受到磁场作用时,会偏离原本的路径,造成电子的聚集或分离,进而产生电势差。
这种电势差称为霍尔电压,通常表示为V_H。
霍尔电压的大小与导体长度、电流大小、磁感应强度等因素相关。
霍尔开关利用了霍尔效应的原理。
当有物体靠近霍尔开关时,会引起磁场的变化,进而改变霍尔开关中的磁感应强度。
根据霍尔电压的变化,我们可以检测到物体的位置、速度或其他相关信息。
霍尔开关的应用1. 磁场检测霍尔开关常用于磁场检测。
通过磁场的变化,我们可以利用霍尔开关来检测物体的位置、接近或离开状态。
例如,可以将霍尔开关用于车辆停车系统中,当车辆接近停车位时,霍尔开关会检测到磁场的变化,从而触发停车系统的操作。
2. 安全装置霍尔开关也被广泛应用于安全装置中。
例如,可以将霍尔开关安装在机械设备中,当设备运行时,霍尔开关会通过检测磁场的变化来监测设备的运转状态。
如果设备发生异常或故障,磁场的变化会被霍尔开关检测到,从而触发安全装置进行保护操作。
3. 电子设备霍尔开关在电子设备中也有广泛的应用。
例如,手机的翻盖式保护套就是利用霍尔开关来实现的。
当手机盖子关闭时,霍尔开关会检测到磁场的变化,并触发手机进入待机状态。
这种应用使得手机的休眠功能更加智能化,可以节省电量。
4. 汽车行业在汽车行业中,霍尔开关的应用非常广泛。
例如,车速传感器就是采用了霍尔开关的原理。
车速传感器通过检测车轮旋转时产生的磁场的变化来测量车辆的速度。
同时,霍尔开关还可以用于汽车引擎的点火系统中,检测引擎的转速。
5. 智能家居随着智能家居技术的发展,霍尔开关也逐渐应用于智能家居中。
开关霍尔工作原理
嘿,朋友们!今天咱来唠唠开关霍尔工作原理这个神奇的玩意儿。
你想啊,这开关霍尔就像是一个特别机灵的小卫士。
它能敏锐地感知周围的磁场变化,就好比我们能感觉到天气变冷变热一样。
当有磁场靠近它的时候,它就会立刻做出反应,这反应可迅速啦!
想象一下,这开关霍尔就像是一个站在门口的守卫,磁场就像是来拜访的客人。
客人一来,守卫马上就知道了,然后就会发出信号,告诉其他部分该干啥。
这信号呢,就像是守卫喊出的一句话,让整个系统都能明白发生了什么事儿。
它的工作原理其实也不难理解。
里面有一些特殊的材料和结构,这些东西就像是小卫士的眼睛和耳朵,能准确地捕捉到磁场的一举一动。
然后,通过一些巧妙的设计和机制,把磁场的信息转化成电信号,就好像把客人的特征转化成一句话一样。
咱平时用的好多电子设备里都有开关霍尔的身影呢!比如说一些智能小玩具,它们能根据磁场的变化做出各种有趣的动作,这可多亏了开关霍尔这个小机灵鬼。
还有一些电器设备,通过开关霍尔来控制开关,让它们能更智能地工作。
你说神奇不神奇?这小小的东西,却有着大大的作用。
它就像是一个默默工作的小英雄,虽然我们平时可能不太注意到它,但它却一直在为我们的生活提供便利呢!
而且啊,开关霍尔的稳定性还特别高。
就像一个可靠的朋友,不管啥时候你找它,它都能给你准确的回应,不会出错。
它也不挑环境,不管是热一点还是冷一点,它都能照常工作,一点都不娇气。
总之呢,开关霍尔工作原理就是这么有趣又实用。
它让我们的生活变得更加智能和便捷,真的是科技的小魔法呀!咱可得好好珍惜这个小家伙带来的好处,不是吗?。
4种霍尔开关hall ic的介绍及原理
霍尔开关Hall IC有四种类型:单极、双极、锁存和全极。
以下是它们的介绍和原理:
1. 单极霍尔开关:
这种类型的霍尔开关只能识别固定的磁极(通常是S极)。
当磁场靠近时,霍尔元件导通并输出低电平;当磁场远离时,霍尔元件关闭并输出高电平。
2. 双极霍尔开关:
双极霍尔开关需要两个磁极(N和S)来分别控制高低电平。
它利用磁场NS极交替来输出信号。
对不同磁极分别响应,一般为N极响应为高,S极响应为低。
3. 锁存霍尔开关:
这是双极霍尔开关的一种特殊形式,也称为锁定霍尔。
当S极靠近时开启,磁场离开后继续保持开启状态;只有当N极靠近时才会关闭,磁场移除后继续保持关闭状态,直到下次磁场改变。
这种保持上次状态的特性即锁存特性。
4. 全极霍尔开关(无极性霍尔开关):
全极霍尔开关不分南极(S)北极(N)检测磁场,对任意磁极都响应,只要有磁场靠近就响应。
磁铁接近时输出低电平,远离时输出高电平。
以上内容仅供参考,如需了解更多信息,建议查阅相关文献或咨询专业人士。
开关型霍尔式传感器工作原理开关型霍尔式传感器是一种常用的磁敏传感器,它利用霍尔效应来检测磁场的变化并输出相应的电信号。
它主要由霍尔元件、信号调理电路和输出电路等组成。
霍尔元件是传感器的核心部分,它通常采用硅材料制成,具有特殊的电子结构。
当霍尔元件受到外加磁场作用时,电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转,从而在器件的两侧形成一个电势差。
这个电势差与外加磁场的强度和方向有关。
霍尔元件的特点是对静态和动态磁场都有很好的响应,具有高灵敏度和快速响应的特点。
信号调理电路是为了提高传感器的性能而设计的。
它主要用来放大和滤波霍尔元件输出的微弱电信号,以便更好地传递给输出电路。
信号调理电路可以根据具体的应用需求设计,常见的有放大器、滤波器和温度补偿电路等。
输出电路是将信号调理电路的输出信号转换为实际应用所需的电信号。
在开关型霍尔式传感器中,输出电路通常采用开关电路的形式,当输入信号超过设定阈值时,输出电路将切换为高电平或低电平,以实现信号的开关输出。
开关型霍尔式传感器的工作原理可以简单描述为:当磁场作用于霍尔元件时,霍尔元件产生电势差,经过信号调理电路放大并滤波后,输出电路将其转换为开关信号输出。
当磁场强度超过设定阈值时,输出电路将切换为高电平或低电平,以实现开关控制。
开关型霍尔式传感器具有许多优点。
首先,它具有非接触式检测的特点,可以避免机械接触带来的磨损和故障。
其次,它对磁场的响应速度非常快,可以实时监测磁场的变化。
此外,它还具有较高的精度和稳定性,可以在恶劣的工作环境下正常工作。
开关型霍尔式传感器在许多领域有着广泛的应用。
例如,它可以用于车辆的转向角度检测、发动机的转速检测、电机的控制以及安全系统的磁场检测等。
它的小巧尺寸和灵活性使得它可以方便地集成到各种设备中。
开关型霍尔式传感器通过霍尔效应实现了对磁场变化的检测,并输出相应的电信号。
它具有非接触式、高灵敏度和快速响应等优点,在许多领域有着广泛的应用前景。
3144霍尔开关使用案例【实用版】目录1.霍尔开关的概述2.霍尔开关的工作原理3.霍尔开关的应用领域4.霍尔开关的使用案例详解5.霍尔开关的发展前景正文一、霍尔开关的概述霍尔开关,又称霍尔效应开关,是一种基于霍尔效应的磁敏开关。
当磁场作用于霍尔开关时,会在其内部产生电压,进而实现开关的控制。
霍尔开关具有响应速度快、抗干扰能力强、尺寸小、寿命长等特点,因此在众多领域都有广泛应用。
二、霍尔开关的工作原理霍尔开关主要由霍尔元件、信号处理电路和开关控制电路组成。
当磁场靠近霍尔元件时,会在其内部产生霍尔电压,该电压与磁场强度成正比。
通过信号处理电路,可以将霍尔电压转换为标准信号,进而驱动开关控制电路实现开关动作。
三、霍尔开关的应用领域霍尔开关广泛应用于汽车电子、工业自动化、家电、医疗设备等领域。
例如,在汽车电子领域,霍尔开关常用于转速传感器、曲轴位置传感器等;在工业自动化领域,霍尔开关可用于物料检测、设备运行状态监测等。
四、霍尔开关的使用案例详解下面以汽车电子领域中的霍尔开关为例,详细介绍其使用案例。
在汽车发动机中,曲轴位置传感器是一个非常重要的部件。
它通过检测曲轴的旋转位置,为发动机控制系统提供准确的时序信号。
曲轴位置传感器通常采用霍尔开关技术,其主要由霍尔元件、触发器和转子组成。
当曲轴旋转时,转子随之旋转。
转子上的磁铁会经过霍尔元件,此时会在霍尔元件内部产生霍尔电压。
触发器将霍尔电压转换为电信号,发送给发动机控制系统。
通过检测电信号的频率,发动机控制系统可以准确判断曲轴的位置,从而实现对发动机的精确控制。
五、霍尔开关的发展前景随着科技的进步和市场需求的不断增长,霍尔开关在汽车电子、工业自动化等领域的应用将更加广泛。
霍尔开关的工作原理及用途霍尔开关是一种利用霍尔效应原理工作的电子开关。
它由霍尔元件和辅助电路组成,主要用于检测磁场和控制电流。
本文将详细介绍霍尔开关的工作原理和用途。
1. 工作原理霍尔效应是指当电流通过导体时,如果在导体的两侧施加一个垂直于电流方向的磁场,那么导体的两侧会产生一种电势差,这种现象就是霍尔效应。
霍尔元件是利用霍尔效应制成的半导体器件,通常被用来检测磁场。
霍尔开关的工作原理基于霍尔效应。
当有磁场作用于霍尔元件时,霍尔元件两侧的电位差会发生变化。
辅助电路会检测这个电位差的变化,并将其转化为一个控制信号。
当控制信号满足一定条件时,辅助电路会切换电路的状态,从而实现开关的功能。
2. 用途霍尔开关具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等特点,因此被广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的用途:2.1 位置检测霍尔开关可以用于检测物体的位置,当物体靠近霍尔开关时,产生的磁场会触发霍尔开关,从而改变开关的状态。
这种应用场景在自动控制系统中很常见,例如机器人的姿态控制、门禁系统中的门磁等。
2.2 速度检测由于霍尔开关对磁场变化的敏感度,可以利用它来检测物体的转速。
当物体上的磁铁经过霍尔开关时,磁场的变化会引起开关状态的改变,从而可以计算出物体的转速。
这种应用场景在汽车行业中较为常见,例如车速传感器的工作原理就是基于霍尔开关。
2.3 磁场检测由于霍尔开关对磁场的敏感性,它可以用来检测磁场的存在和强度。
这种应用场景在磁场测量、磁力计等领域中常见。
例如,在电子设备中,霍尔开关可以用来检测电流的存在和方向,从而实现电流的控制和保护。
2.4 安全控制霍尔开关还可以用于安全控制系统中,例如磁性安全门、电子锁等。
当磁场的状态发生改变时,霍尔开关会触发相应的控制信号,从而实现安全系统的开关和报警功能。
3. 总结霍尔开关是一种利用霍尔效应原理工作的电子开关,它具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等特点。
它主要用于检测磁场和控制电流,常见的应用包括位置检测、速度检测、磁场检测和安全控制等。
霍尔开关的工作原理及应用范围霍尔集成电路是霍尔元件与电子线路一体化的产品,它是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路和稳压电路利用集成电路工艺技术制成的。
它能感知一切与磁有关的物理量,又能输出相关的电控信息,所以霍尔集成电路既是一种集成电路,又是一种磁敏传感器,它一般采用DIP或扁平封装。
一、霍尔集成电路的原理当将一块通电的半导体薄片垂直置于磁场中时,薄片两侧由此会产生电位差,此现象称为霍尔效应。
此电位差称为霍尔电势,电势的大小E=KIB/d,式中K是霍尔系数,d为薄片的厚度,I为电流,B为磁感应强度。
图1示出霍尔效应的原理:在三维空间内,霍尔半导体平板在XOY平面内,它与磁场方向垂直,磁场指向Y轴的方向,沿X轴方向通以电流I,由于运动的电荷与磁场的相互作用,结果在Z轴方向上产生了霍尔电势E,一般其值可达几十毫伏。
为此,将霍尔元件与电子线路集成在一块约2mm*2mm的硅基片上,就做成了温度稳定性好、可靠性高的霍尔集成电路。
二、典型霍尔集成电路结构分析霍尔集成电路按输出方式可分为线性型和开关型,若按集成电路内部的有源器件可分为双极型和MOS型。
图2、图3分别示出了一种双极型霍尔集成电路内部的原理结构和逻辑结构,图2为开关型的,图3为线性型的。
在图2中IC内通过霍尔元件H的磁性检测反映为高低电平的输出。
V1、V2组成差分放大器,它将霍尔电势放大,其放大倍数约几十倍;V3、V4组成施密特触发器,它将放大的霍尔电势整形为矩形脉冲;V5、V6进一步对矩形脉冲缓冲放大;V7、V8为开路集电极输出管。
图2a中有两个输出端,这里之所以采用集电极开路输出结构,是因为它可以有较大的负载能力,且易于与不同类型的电路接口,但亦有部分霍尔集成电路采用发射极开路输出形式。
图3所示是线性霍尔集成电路的内部结构,其输出电压能随外加磁场强度的变化而连续变化,其输出变化曲线一般如图4所示。
它的特点是灵敏度高,输出动态范围宽、线性度好。
图3a中V1、V2为差分放大器,R1、R2射极电阻的负反馈展宽了电路的线性范围,V5、V6第二级差分放大使放大倍数很高。
有的线性霍尔集成电路还设置了引出端外接电位器进行补偿、调零或改变电路的灵敏度。
三、霍尔集成电路的应用霍尔集成电路具有无触点、无磨损、无火花、低功耗、寿命长、灵敏度高、工作频率高的特点,它能在各种恶劣环境下可靠稳定地工作。
对于开关型霍尔IC,其最基本的应用是作为一种接近开关,如可用作霍尔无触点开关、限位开关、方向开关、压力开关、转速表等;线性型霍尔IC可用于非接触测距、无触点电位器、无刷马达、磁场测量的高斯计、磁力探伤等。
对于开关型霍尔IC,其输出端内部一般为开路集电极晶体管或开路发射极输出器形式,因此它能方便地与各种负载配接,如可直接驱动晶体管、LED、光电耦合器、单双向晶闸管和小电流继电器等,并能和TTL及CMOS数字电路、PLC输入口、固态继电器、各种交直流电子开关接口。
图5~图6示出各种驱动接口方式,其中图5中的霍尔IC为开路集电极输出,图6中的霍尔IC为开路发射极输出形式。
四、应用实例及电路(1)霍尔电势E=KIB/d,在实用中k I d值都是固定的,E是B的线性函数,即把磁通量,由于线性霍尔集成电路的输出电量随其检测的磁感应强度而线性变化,所以用微安计即可测得磁场的高斯量。
(2)由于电场的存在必然产生磁场,同样地可以用线性霍尔IC来对交直流电流的变化进行检测。
如图8标准磁铁芯有一缺口,其上有线圈并通有检测电流,这时线圈产生的磁场即可被芯隙处的线性霍尔IC感测同时输出指示。
利用这种方法还可进行过流,过压及欠压保护,其中霍尔IC亦可使用开关型的。
(3)在两块不同的极性的磁铁中心的磁感应强度为零,放置其中的线性霍尔IC产生偏离某一侧的位移时,霍尔IC的输出电压将与其位移量成正比,所以通过这种方法可测量使杆梁位移的力的大小。
(4)霍尔IC在无刷直流电机中代替电刷起电流换向作用,它克服了使用电刷所引起的噪声大,易磨坏,寿命短等缺陷,其中R是无刷电机的永久磁铁转子。
互相垂直的直径方向上的H1,H2是两块霍尔线性IC,它们分别控制四个能依次给定子线圈L1-L4提供电流的晶体管。
(5) 测量转数的方法如图11所示。
把小磁铁固定在旋转体上,每转一周霍尔IC便输出一个脉冲,用计数器测量脉冲数便可得转数,单位时间内的转数即转速。
(6)图12为霍尔液位控制方法。
在浮子上固定一磁铁,当液位上升,磁铁靠近霍尔开关集成电路A时,A的状态翻转,控制电路使水泵停止工作,当池中液位下降使浮子上磁铁作用于霍尔开关B时,控制电路使水泵工作。
(7)无触点电位器的应用电路如图13所示。
霍尔线性IC与双基极二极管组成一张弛震荡器,该震荡器输出脉冲的形成及两个脉冲的间隔取决于霍尔IC的输出电压,用霍尔IC来控制双向可控硅的导通角,可以起到调功的作用。
(8)汽车电子点火器电路如图14所示。
当汽车的起动磁钢作用于霍尔IC时,开关型IC即输出低电平,V1,V2突然截止,储存于L中的磁能在L,C2槽路产生震荡,形成约200V的交变电压,又经整个L升压产生15kV以上的高压,生成电火花,点燃汽车汽缸中的燃油。
(9)无触点交流开关如图15所示。
当磁铁靠近霍尔开关IC时,SCR截止;磁铁离开后,单向可控硅导通,负载继续工作。
(10)无线防盗报警器如图16所示。
门窗上的小磁铁靠近霍尔开关IC时,IC 输出低电平,V因无扁置而截止;但当门窗发生位移时,小磁铁与IC分离,V 通过R2获得偏置,电路起振,向外发出无线电报警信号。
五、霍尔IC的使用注意事项1、霍尔集成电路的使用电压范围较宽,但实用时电压宜低不宜高,一般在4.5-6V为宜,过高的电源电压会引起电路的温升而使电路工作不稳定。
2、开关型霍尔IC驱动负载时,其负载电流应小于霍尔IC的负载能力。
为了使霍尔的输出电压幅度大,一般其输出端加接较大阻值的负载电阻。
3、霍尔IC驱动的负载能力为感性时,应在输出端加接续流二极管。
4、驱动与霍尔IC不同的电平的负载时最好加接隔离与缓冲级,可利用光电耦合器或加三极管驱动级。
5 长距离传输霍尔IC信号时,可在开关输出与地之间加接一只退耦电容器,消除干扰脉冲;传送线性霍尔IC的输出信号应使用同轴电缆线,但最长不可大于几十米。
6 大多数霍尔IC的磁感应距离在5-10毫米,须在实用时加以控制,并安置的发信磁钢应与霍尔IC的感应点正对,减小磁路磁阻,使发信与检测可靠准确。
7 为了增强开关或线性霍尔IC的磁感应灵敏度,使用时亦可利用小磁钢增强磁偏置或加大发信磁钢的面积。
霍尔集成电路是霍尔元件与电子线路一体化的产品,它是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路和稳压电路利用集成电路工艺技术制成的。
它能感知一切与磁有关的物理量,又能输出相关的电控信息,所以霍尔集成电路既是一种集成电路,又是一种磁敏传感器,它一般采用DIP或扁平封装。
一、霍尔集成电路的原理当将一块通电的半导体薄片垂直置于磁场中时,薄片两侧由此会产生电位差,此现象称为霍尔效应。
此电位差称为霍尔电势,电势的大小E=KIB/d,式中K是霍尔系数,d为薄片的厚度,I为电流,B为磁感应强度。
图1示出霍尔效应的原理:在三维空间内,霍尔半导体平板在XOY平面内,它与磁场方向垂直,磁场指向Y轴的方向,沿X轴方向通以电流I,由于运动的电荷与磁场的相互作用,结果在Z轴方向上产生了霍尔电势E,一般其值可达几十毫伏。
为此,将霍尔元件与电子线路集成在一块约2mm*2mm的硅基片上,就做成了温度稳定性好、可靠性高的霍尔集成电路。
二、典型霍尔集成电路结构分析霍尔集成电路按输出方式可分为线性型和开关型,若按集成电路内部的有源器件可分为双极型和MOS型。
图2、图3分别示出了一种双极型霍尔集成电路内部的原理结构和逻辑结构,图2为开关型的,图3为线性型的。
在图2中IC内通过霍尔元件H的磁性检测反映为高低电平的输出。
V1、V2组成差分放大器,它将霍尔电势放大,其放大倍数约几十倍;V3、V4组成施密特触发器,它将放大的霍尔电势整形为矩形脉冲;V5、V6进一步对矩形脉冲缓冲放大;V7、V8为开路集电极输出管。
图2a中有两个输出端,这里之所以采用集电极开路输出结构,是因为它可以有较大的负载能力,且易于与不同类型的电路接口,但亦有部分霍尔集成电路采用发射极开路输出形式。
图3所示是线性霍尔集成电路的内部结构,其输出电压能随外加磁场强度的变化而连续变化,其输出变化曲线一般如图4所示。
它的特点是灵敏度高,输出动态范围宽、线性度好。
图3a中V1、V2为差分放大器,R1、R2射极电阻的负反馈展宽了电路的线性范围,V5、V6第二级差分放大使放大倍数很高。
有的线性霍尔集成电路还设置了引出端外接电位器进行补偿、调零或改变电路的灵敏度。
三、霍尔集成电路的应用霍尔集成电路具有无触点、无磨损、无火花、低功耗、寿命长、灵敏度高、工作频率高的特点,它能在各种恶劣环境下可靠稳定地工作。
对于开关型霍尔IC,其最基本的应用是作为一种接近开关,如可用作霍尔无触点开关、限位开关、方向开关、压力开关、转速表等;线性型霍尔IC可用于非接触测距、无触点电位器、无刷马达、磁场测量的高斯计、磁力探伤等。
对于开关型霍尔IC,其输出端内部一般为开路集电极晶体管或开路发射极输出器形式,因此它能方便地与各种负载配接,如可直接驱动晶体管、LED、光电耦合器、单双向晶闸管和小电流继电器等,并能和TTL及CMOS数字电路、PLC输入口、固态继电器、各种交直流电子开关接口。
图5~图6示出各种驱动接口方式,其中图5中的霍尔IC为开路集电极输出,图6中的霍尔IC为开路发射极输出形式。
四、应用实例及电路(1)霍尔电势E=KIB/d,在实用中k I d值都是固定的,E是B的线性函数,即把磁通量,由于线性霍尔集成电路的输出电量随其检测的磁感应强度而线性变化,所以用微安计即可测得磁场的高斯量。
(2)由于电场的存在必然产生磁场,同样地可以用线性霍尔IC来对交直流电流的变化进行检测。
如图8标准磁铁芯有一缺口,其上有线圈并通有检测电流,这时线圈产生的磁场即可被芯隙处的线性霍尔IC感测同时输出指示。
利用这种方法还可进行过流,过压及欠压保护,其中霍尔IC亦可使用开关型的。
(3)在两块不同的极性的磁铁中心的磁感应强度为零,放置其中的线性霍尔IC产生偏离某一侧的位移时,霍尔IC的输出电压将与其位移量成正比,所以通过这种方法可测量使杆梁位移的力的大小。
(4)霍尔IC在无刷直流电机中代替电刷起电流换向作用,它克服了使用电刷所引起的噪声大,易磨坏,寿命短等缺陷,其中R是无刷电机的永久磁铁转子。
互相垂直的直径方向上的H1,H2是两块霍尔线性IC,它们分别控制四个能依次给定子线圈L1-L4提供电流的晶体管。