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霍爾元件詳解
霍爾元件是應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。一般用于電機(jī)中測定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，如錄像機(jī)的磁鼓，電腦中的散熱風(fēng)扇等；是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個(gè)品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛的應(yīng)用。
霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。
所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。
利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器?；魻栯娢徊頤H的基本關(guān)系為：
UH=RHIB/d （1） RH=1/nq（金屬） （2）式中 RH――霍爾系數(shù)；n――單位體積內(nèi)載流子或自由電子的個(gè)數(shù)；q――電子電量；I――通過的電流；B――垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d――導(dǎo)體的厚度。
對于半導(dǎo)體和鐵磁金屬，霍爾系數(shù)表達(dá)式和式（2）不同，此處從略。
由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其大小和導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不和被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。
若把霍爾元件置于電場強(qiáng)度為E、磁場強(qiáng)度為H的電磁場中，則在該元件中將產(chǎn)生電流I，元件上同時(shí)產(chǎn)生的霍爾電位差和電場強(qiáng)度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強(qiáng)度，則電磁場的功率密度瞬時(shí)值P可由P=EH確定。
利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。
如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。
元件分類
按照霍爾元件的功能可將它們分為： 霍爾線性器件 和 霍爾開關(guān)器件 。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。
按被檢測的對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測受檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。
霍爾開關(guān)
按照霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式可將它們分為：單極性霍爾開關(guān)、雙極性霍爾開關(guān)、全極性霍爾開關(guān)。
單極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式：磁場的一個(gè)磁極靠近它，輸出低電位電壓（低電平）或關(guān)的信號，磁場磁極離開它輸出高電位電壓（高電平）或開的信號，但要注意的是，單極性霍爾開關(guān)它會(huì)指定某磁極感應(yīng)才有效，一般是正面感應(yīng)磁場S極，反面感應(yīng)N極。
雙極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式：因?yàn)榇艌鲇袃蓚€(gè)磁極N、S（正磁或負(fù)磁），所以兩個(gè)磁極分別控制雙極性霍爾開關(guān)的開和關(guān)（高低電平），它一般具有鎖定的作用，也就是說當(dāng)磁極離開后，霍爾輸出信號不發(fā)生改變，直到另一個(gè)磁極感應(yīng)。另外，雙極性霍爾開關(guān)的初始狀態(tài)是隨機(jī)輸出，有可能是高電平，也有可能是低電平。
全極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式：全極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式與單極性霍爾開關(guān)的感應(yīng)方式相似，區(qū)別在于，單極性霍爾開關(guān)會(huì)指定磁極，而全極性霍爾開關(guān)不會(huì)指定磁極，任何磁極靠近輸出低電平信號，離開輸出高電平信號。
線性霍爾
線性霍爾元件是一種模擬信號輸出的磁傳感器，輸出電壓隨輸入的磁力密度線性變化。
線性霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的電壓輸出會(huì)精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(tài)（無磁場）時(shí)，從理論上講，輸出應(yīng)等于在工作電壓及工作溫度范圍內(nèi)的電源電壓的一半。增加南極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的電壓。相反，增加北極磁場將增加來自其靜態(tài)電壓的電壓。這些部件可測量電流的角、接近性、運(yùn)動(dòng)及磁通量。它們能夠以磁力驅(qū)動(dòng)的方式反映機(jī)械事件。
霍爾元件電路圖大全
霍爾元件電路圖（一）
恒流工作電路
溫度變化引起霍爾元件的輸入電阻變化，從而使控制電流發(fā)生變化帶來誤差，為了減少這種誤差，常采用恒流源供電，如圖1所示。在恒流工作條件下，沒有霍爾元件輸入電阻和磁阻效應(yīng)的影響。
霍爾元件電路圖（二）
恒壓工作電路
恒壓工作比恒流工作的性能要差些，只適用于精度要求不太高的地方，如圖2所示。
霍爾元件電路圖（三）
差分放大電路
霍爾元件的輸出電壓一般較小，需要用放大電路放大其輸出電壓。為了獲得較好的放大效果，需采用差分放大電路，如圖3所示。使用一個(gè)運(yùn)算放大器時(shí)，霍爾元件的輸出電阻可能會(huì)大于運(yùn)算放大器的輸入電阻，從而產(chǎn)生誤差，而采用圖4所示的電路，則不存在這個(gè)問題。
霍爾元件電路圖（四）
霍爾元件的應(yīng)用電路圖
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