霍尔传感器工作原理图霍尔传感器的分类及工作原理 _传感器

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔器件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔器件分为: 霍尔元件（Hall element）和霍尔集成电路(Hall IC)两大类，前者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔集成电路是随着半导体集成电路工业的发展近20年才出现的产品，但因它体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污污染，成本低等优点，使其得到了极其广泛的应用。霍尔集成电路有很多其他称呼，如：霍尔效应集成电路(Hall Effect IC)，霍尔效应传感集成电路(Hall Effect Sensor IC)，霍尔传感器(Hall Sensor)，霍尔电路，霍尔IC 。Hall有时也被翻译成霍耳，所以也可称霍耳集成电路等。以下简称霍尔IC 。
霍尔IC通常按输出信号类型分为数字霍尔IC和线性霍尔IC 。数字霍尔IC通过外部磁场的强弱控制输出导通或关断，类似开关的作用，因此常称为开关型霍尔IC 。线性霍尔IC输出为模拟信号，输出电压与外部磁场的强弱通常成线性关系。
开关型霍尔IC常又分为单极型霍尔IC（Unipolar）、锁存型霍尔IC（Latch）、双极型霍尔IC（Bipolar）、全极型霍尔IC（Omnipolar）四类。为便于说明，按通常约定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔IC打有标志的一面时，作用到霍尔IC上的磁场方向为正，当北极 (N极)接近标志面时，磁场为负。
单极型霍尔IC：经常被称为开关霍尔IC、霍尔开关（Hall Switch）、霍尔效应开关（Hall Effect Switch）。只对单个磁极（常为S极）有响应。如图1，大多数单极霍尔IC，当S极面向标记面，且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）时（即B>BOP>0），输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点(BRP)（即0<B<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断, 输出由低变高。单极型霍尔IC在上电过程中如果外部磁场大于BOP，输出初始状态将为导通。相反，如上电过程中外部磁场小于BOP，输出初始状态将为关断。上电状态可确定是单极型霍尔IC的一个重要特性。

文章插图
图 1 单极型霍尔IC 输出特性图
锁存型霍尔IC：必须S极和N极交替作用于霍尔IC 。如图2，大多数锁存型霍尔IC，当S极面向标记面，且施加的磁感应强度超过工作点（BOP）（即B>BOP>0）时，输出导通，输出由高变低。当磁感应强度减弱直至撤除（B=0），输出保持导通。当N极面向标记面，且施加的磁感应强度超过释放点（BRP）（即B<BRP<0）时，输出关断, 输出由低变高。锁存型霍尔IC上电过程中，如果外部磁场处于BOP和BRP之间，输出初始状态将不确定。

文章插图
图 2 锁存型霍尔IC输出特性图
全极霍尔IC：是较新出现的类型，将S极和N极等同对待。一般情况下，如图3，任何一个磁极面向标记面，且施加的磁感应强度B超过工作点（BOP）(即|B|>BOP), 输出导通, 输出由高变低。当磁感应强度减弱低于释放点(BRP)（即|B|<BRP）或撤除（B=0）时，输出关断，输出由低变高。也有部分与以上输出状态相反的全极霍尔IC 。全极霍尔IC这一类似干簧管的特性，在许多用于替换干簧管以提高可靠性。

文章插图
图 3 全极型霍尔IC 输出特性图
双极型霍尔IC：是比较早期的一种类型，最初因半导体工艺限制，生产出较的霍尔IC灵敏度分布范围很大，一致性差。同一型号霍尔，如图4，部分是锁存型的(中间曲线)，部分是单极型的（右边曲线），部分是N极单极型的（右边曲线），是三种的混合体。往往指标只给出最大BOP(>0)和最小BRP(<0)，任何一颗双极型霍尔IC,不能确定是单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC或负单极霍尔IC 。目前，新型号中很少再有双极型霍尔IC 。注意，很多用户会把双极型霍尔IC误认为（或称为）是锁存型霍尔IC，也有误认为（或称为）是全极型霍尔IC 。

文章插图
双极型霍尔IC输出特性图
线性霍尔 IC：输出为模拟信号，输出电平在一定的范围类与外加磁场成线性关系，称为线性磁场范围。外加磁场超出线性磁场范围，将不再成线性关系，直至输出饱和，有最低输出饱和电压和最高输出饱和电压。

文章插图
图 5 线性霍尔IC 输出特性图
以上是简单常用的霍尔IC，除了这些，近几年还出现了一些集成度高、功能复杂的专用霍尔IC，如差分霍尔IC(双霍尔IC)，集成ADC、DAC 和信号处理电路的旋转位置传感器、三轴位置传感器，集成了电机控制和驱动电路的无刷电机驱动芯片。此外，利用霍尔原理设计的电流传感器IC也是霍尔IC的一大类别。
【霍尔传感器工作原理图霍尔传感器的分类及工作原理】随着手机、笔记本电脑、DV等便携式设备的普及，对霍尔IC的功耗提出要求，由此产生了一类新的霍尔IC—微功耗霍尔IC 。它是数字霍尔 IC 按功耗单独分出的一类，其内部采用休眠机制降低功耗，平均功耗可以达到uA极。它也可按功能分为单极型霍尔IC、锁存型霍尔IC、和全极霍尔IC三类。这类一般用于电池长期供电的系统。霍尔器件分类总结如图6 。

文章插图
图 6 霍尔器件分类

霍尔传感器工作原理图 霍尔传感器的分类及工作原理

霍尔传感器工作原理图霍尔传感器的分类及工作原理