我們不能在沒有提到磁傳感器的情況下結(jié)束關(guān)于磁性的討論，尤其是非常常用的霍爾效應傳感器。

磁傳感器轉(zhuǎn)磁或磁將信息編碼成電信號以供電子電路處理，在傳感器和傳感器教程中，我們研究了電感式接近傳感器和LDVT以及電磁閥和繼電器輸出執(zhí)行器。

磁傳感器是固態(tài)設備，正變得越來越流行，因為它們可用于許多不同類型的應用，例如感應位置，速度或定向運動。它們也是電子設計師的一種流行的傳感器選擇，因為它們具有非接觸式無磨損操作，低維護，堅固的設計以及密封的霍爾效應設備，不受振動，灰塵和水的影響。

磁傳感器的主要用途之一是用于感測位置，距離和速度的汽車系統(tǒng)。例如，曲柄軸的角度位置用于火花塞的點火角度，汽車座椅和用于安全氣囊控制的座椅安全帶的位置或用于防抱死制動系統(tǒng)的車輪速度檢測（ABS）。

磁傳感器設計用于響應各種不同應用中的各種正負磁場，一種類型的磁傳感器，其輸出信號是其周圍磁場密度的函數(shù)，稱為霍爾效果傳感器。

霍爾效應傳感器是由外部磁場激活的設備。我們知道磁場有兩個重要特性：磁通密度（ B ）和極性（北極和南極）。霍爾效應傳感器的輸出信號是器件周圍磁場密度的函數(shù)。當傳感器周圍的磁通密度超過某個預設閾值時，傳感器檢測到它并產(chǎn)生一個輸出電壓，稱為霍爾電壓，V H。請考慮下圖。

霍爾效應傳感器原理

霍爾效應傳感器基本上由一塊薄的矩形p型半導體材料組成，例如砷化鎵（GaAs），銻化銦（InSb）或砷化銦（InAs），它們通過自身連續(xù)的電流。當器件放置在磁場中時，磁通線在半導體材料上施加力，該力使電荷載流子，電子和空穴偏轉(zhuǎn)到半導體板的任一側(cè)。電荷載流子的這種運動是它們經(jīng)過半導體材料所經(jīng)受的磁力的結(jié)果。

當這些電子和空穴移動到側(cè)面時，半導體材料的兩側(cè)之間產(chǎn)生電位差。這些電荷載體的堆積。然后，電子通過半導體材料的運動受到與其成直角的外部磁場的影響，并且這種效果在扁平矩形材料中更大。

產(chǎn)生通過使用磁場測量的電壓被稱為霍爾效應之后，埃德溫霍爾在1870年發(fā)現(xiàn)了它，霍爾效應的基本物理原理是洛倫茲力。為了在器件上產(chǎn)生電位差，磁通線必須與電流垂直（90 o ）并且具有正確的極性，通常是南極。

霍爾效應提供有關(guān)磁極類型和磁場大小的信息。例如，南極會導致器件產(chǎn)生電壓輸出，而北極則無效。通常，霍爾效應傳感器和開關(guān)設計為在沒有磁場存在時處于“關(guān)閉”狀態(tài)（開路狀態(tài)）。當受到足夠強度和極性的磁場時，它們只能“接通”，（閉路狀態(tài)）。

霍爾效應磁傳感器

輸出電壓，稱為霍爾電壓，（ V H ）基本霍爾元件與通過半導體材料的磁場強度成正比（輸出α H ）。這個輸出電壓可以非常小，即使受到強磁場也只有幾微伏，因此大多數(shù)商用霍爾效應器件都是通過內(nèi)置直流放大器，邏輯開關(guān)電路和穩(wěn)壓器制造的，以提高傳感器的靈敏度，滯后和輸出電壓。這也使霍爾效應傳感器能夠在更廣泛的電源和磁場條件下工作。

霍爾效應傳感器

霍爾效應傳感器可用線性或數(shù)字輸出。線性（模擬）傳感器的輸出信號直接取自運算放大器的輸出，輸出電壓與通過霍爾傳感器的磁場成正比。此輸出霍爾電壓如下：

線性或模擬傳感器提供連續(xù)的電壓輸出，該輸出隨著強磁場而增加，并且隨著弱磁場而減小。在線性輸出霍爾效應傳感器中，隨著磁場強度的增加，放大器的輸出信號也會增加，直到它開始飽和電源對其施加的限制。磁場的任何額外增加都不會對輸出產(chǎn)生影響，但會使其更加飽和。

另一方面，數(shù)字輸出傳感器具有施密特觸發(fā)器，內(nèi)置遲滯連接到運算放大器。當通過霍爾傳感器的磁通量超過預設值時，器件的輸出在其“關(guān)閉”狀態(tài)之間快速切換到“接通”狀態(tài)，而沒有任何類型的接觸反彈。當傳感器移入和移出磁場時，這種內(nèi)置滯后消除了輸出信號的任何振蕩。然后數(shù)字輸出傳感器只有兩種狀態(tài)，“ON”和“OFF”。

有兩種基本類型的數(shù)字霍爾效應傳感器，雙極和單極

b>。雙極傳感器需要一個正磁場（南極）來操作它們，一個負磁場（北極）釋放它們，而單極傳感器只需要一個磁性南極來操作和釋放它們進出磁場大多數(shù)霍爾效應器件不能直接切換大型電氣負載，因為它們的輸出驅(qū)動能力非常小，大約為10到20mA。對于大電流負載，開路集電極（電流吸收）NPN晶體管添加到輸出端。

該晶體管在其飽和區(qū)域工作，作為NPN吸收開關(guān)，無論何時施加的通量，輸出端子都會短接到地。密度高于“ON”預設點。

輸出開關(guān)晶體管可以是開放式發(fā)射極晶體管，開路集電極晶體管配置，也可以是兩者都提供推挽輸出型配置，可以吸收足夠的電流直接驅(qū)動許多負載，包括繼電器，電機，LED和燈。

霍爾效應應用

霍爾效應傳感器由磁場激活，在許多應用中設備可以通過連接到移動軸或設備的單個永磁體操作。有許多不同類型的磁鐵運動，例如“正面”，“側(cè)面”，“推拉”或“推 - 推”等感應運動。使用哪種類型的配置，為了確保最大的靈敏度，磁通線必須始終垂直于器件的感應區(qū)域，并且必須具有正確的極性。

同時確保線性，高場需要強度磁鐵，以便為所需的運動產(chǎn)生大的場強變化。有幾種可能的運動路徑用于檢測磁場，下面是使用單個磁體的兩種更常見的傳感配置：正面檢測和側(cè)向檢測。

正面檢測

顧名思義，“正面檢測”要求磁場是垂直于霍爾效應傳感裝置和用于檢測的裝置，它直接朝向活動面接近傳感器。一種“正面”方法。

這種正面方法產(chǎn)生一個輸出信號， V H ，它在線性設備中代表磁場強度，磁通密度，作為遠離霍爾效應傳感器的距離的函數(shù)。磁場越近，因此磁場越強，輸出電壓越大，反之亦然。

線性器件還可以區(qū)分正磁場和負磁場。可以使非線性裝置在遠離磁鐵的預設氣隙距離處觸發(fā)輸出“ON”以指示位置檢測。

側(cè)向檢測

第二種傳感配置是“側(cè)向檢測”。這需要以橫向運動的方式將磁鐵移過霍爾效應元件的表面。

側(cè)向或滑動式檢測有助于檢測磁場在霍爾面上移動時的存在固定氣隙距離內(nèi)的元件，例如，計算旋轉(zhuǎn)磁鐵或電機的旋轉(zhuǎn)速度。

根據(jù)磁場經(jīng)過傳感器零場中心線的位置，可以產(chǎn)生表示正輸出和負輸出的線性輸出電壓。這允許方向移動檢測，可以是垂直的也可以是水平的。

霍爾效應傳感器有許多不同的應用，特別是作為接近傳感器。它們可用于代替光學和光學傳感器，其環(huán)境條件包括水，振動，污垢或油，例如汽車應用。霍爾效應器件也可用于電流檢測。

我們從之前的教程中了解到，當電流通過導體時，會在其周圍產(chǎn)生圓形電磁場。通過將霍爾傳感器放置在導體旁邊，可以從產(chǎn)生的磁場測量幾毫安到幾千安培的電流，而無需大型或昂貴的變壓器和線圈。

以及檢測霍爾效應傳感器是否存在磁鐵和磁場，還可以通過在設備的有效區(qū)域后面放置一個小的永久“偏置”磁鐵來檢測鐵磁材料，如鐵和鋼。傳感器現(xiàn)在處于永久和靜態(tài)磁場中，通過引入含鐵材料對該磁場的任何變化或干擾都將被檢測到，其靈敏度可能低至mV / G..

霍爾效應傳感器與電氣和電子電路接口的許多不同方式取決于設備的類型，無論是數(shù)字還是線性。一個非常簡單且易于構(gòu)造的示例是使用如下所示的發(fā)光二極管。

位置檢測器

當沒有磁場存在時（0高斯），這個正面位置檢測器將“關(guān)閉”。當永磁體南極（正高斯）垂直向霍爾效應傳感器的有效區(qū)域移動時，器件變?yōu)椤癘N”并點亮LED。一旦切換為“ON”，霍爾效應傳感器將保持“ON”狀態(tài)。

要關(guān)閉設備并因此將LED“關(guān)閉”，必須將磁場降低到單極傳感器的釋放點以下或暴露于用于雙極傳感器的磁北極（負高斯）。如果需要輸出霍爾效應傳感器來切換較大的電流負載，則LED可以用更大的功率晶體管代替。