霍尔效应传感器的工作原理及常见应用类型

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：

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，半导体也能产生霍尔效应，而且半导体的霍尔效应要强于导体。

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二、霍尔效应传感器

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型半导体材料组成，它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场中时，磁通线在半导体材料上施加力，该力使电荷载流子，电子和空穴偏转到半导体板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过半导体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半导体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）与通过半导体材料的磁场强度（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。

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。

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。

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。

　　审核编辑：汤梓红