霍爾開關(guān)元件原理

一霍爾傳感器的分類o霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理而制成的電流和電壓傳感器。根據(jù)對霍爾電勢處理的方式不同，霍爾傳感器又可分為以下兩類：第一類是直接將霍爾電勢做適當(dāng)放大處理以后提供給檢測儀器或控制設(shè)備，就是所謂的直接檢測式霍爾電流傳感器。這種傳感器耐壓等級高，成本低，性能穩(wěn)定，但精度受溫度變化影響大，動態(tài)響應(yīng)特性很不理想。我公司采用電路補(bǔ)償，圓滿解決以上問題。第二類是磁場平衡式霍爾傳感器，它采用了單或雙霍爾元件，并工作在零磁通狀態(tài)，且有以下特點(diǎn)：①測量范圍寬，可測量各種電流，如直流、交流、脈沖電流等。②電氣隔離性能好。③測量精度高，線性度好。④抗外界電磁和溫度等因素的干擾能力強(qiáng)。⑤電流上升率大，響應(yīng)速度快。⑥過載能力強(qiáng)。⑦體積小，重量輕，安裝簡單、方便。目前的產(chǎn)品中以磁場平衡式霍爾傳感器為主。單極霍爾開關(guān),高溫霍爾開關(guān)元件，貼片霍爾開關(guān),雙極霍爾開關(guān),全極霍爾開關(guān)，微功耗霍爾開關(guān)，線性霍爾霍爾傳感器的原理與應(yīng)用霍爾傳感器用它可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻杺鞲衅饕曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)，是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器?；魻杺鞲衅髟诠I(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。一、霍爾效應(yīng)霍爾元件霍爾傳感器：（一）霍爾效應(yīng):如〔圖1）所示，在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I,并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓，它們之間的關(guān)系為。圖中d為薄片的厚度，k稱為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。上述效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)，它是德國物理學(xué)家霍爾于1879年研究載流導(dǎo)體在磁場中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。（二） 霍爾元件：根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。（三） 霍爾傳感器：由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q為霍爾集成電路，其外形較小，如〔圖2）所示，是其中一種型號的外形圖。二、 霍爾傳感器的分類：霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。（一） 線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。（二） 開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。三、 霍爾傳感器的特性：（一） 線性型霍爾傳感器的特性：輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如〔圖3）所示，在B1?B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（二） 開關(guān)型霍爾傳感器的特性：如〔圖4）所示，其中BOP為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)"的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)外加的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出低電平，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度降到動作點(diǎn)Bop以下時(shí)，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點(diǎn)BRP時(shí)，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖給Bop與BRP之間的滯后使開關(guān)動作更為可靠。另外還有一種“鎖鍵型”（或稱“鎖存型”）開關(guān)型霍爾傳感器，其特性如〔圖5）所示。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過動作點(diǎn)Bop時(shí)，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕獯艌龀废?，其輸出狀態(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到BRP時(shí)，才能使電平產(chǎn)生變化。四、霍爾傳感器的應(yīng)用按被檢測對象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測受檢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，這個(gè)磁場是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)變成電學(xué)量來進(jìn)行檢測和控制。（一）線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測量。例如：電流傳感器：由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。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)是不與被測電路發(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。霍爾電流傳感器工作原理如〔圖6）所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出。位移測量： 如〔圖7）所示，兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作AZ位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移距離大小成正比。如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移距離，便可測出拉力及壓力的大小，如〔圖8）所示，是按這一原理制成的力矩傳感器。（二）開關(guān)型霍爾傳感器主要用于測轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開關(guān)、關(guān)門告知器、報(bào)警器、自動控制電路等。測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)：如〔圖9）所示，，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。 如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動車輛上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測出車輛的運(yùn)動速度。各種實(shí)用電路： 開關(guān)型霍爾傳感器尺寸小、工作電壓范圍寬，工作可靠，價(jià)格便宜，因此獲得極為廣泛的應(yīng)用。下面列舉兩個(gè)實(shí)用電路加以說明：電路1防盜報(bào)警器，如〔圖10）所示，將小磁鐵固定在門的邊緣上，將霍爾傳感器固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，磁鐵靠近霍爾傳感器，輸出端3為低電平，當(dāng)門被非法撬開時(shí)，霍爾傳感器輸出端3為高電平，非門輸出端Y為低電平，繼電器J吸合，Ja閉合，蜂鳴器得電后發(fā)出報(bào)警聲音。電路2公共汽車門狀態(tài)顯示器： 使用霍爾傳感器，只要再配置一塊小永久磁鐵就很容易做成車門是否關(guān)好的指示器，例如公共汽車的三個(gè)門必須關(guān)閉，司機(jī)才可開車。電路如〔圖11)所示，三片開關(guān)型霍爾傳感器分別裝在汽車的三個(gè)門框上，在車門適當(dāng)位置各固定一塊磁鋼，當(dāng)車門開著時(shí)，磁鋼遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)，輸出端為高電平。若三個(gè)門中有一個(gè)未關(guān)好，則或非門輸出為低電平，紅燈亮，表示還有門未關(guān)好，若三個(gè)門都關(guān)好，則或非門輸出為高電平，綠燈亮，表示車門關(guān)好，司機(jī)可放心開車。單極霍爾開關(guān),高溫霍爾開關(guān)元件，貼片霍爾開關(guān),雙極霍爾開關(guān),全極霍爾開關(guān),微功耗霍爾開關(guān),線性霍爾霍爾開關(guān)型號及參數(shù)單極性霍爾開關(guān)型號工作電壓(V)極限電流(mA)封裝形式工作溫度(°C)典型應(yīng)用DH43F3.8-3050TO-92UA-40至+150電機(jī)速度及位置檢測等DH41A3.8-3050TO-92UA-40至+150無觸點(diǎn)開關(guān)、流量檢測等

DH1313.8-3045TO-92UA-40至+125麻將機(jī)位置檢測、燈光控制DH2024-2035TO-92UA-20至+85隔離檢測、水流檢測等DH44E3.8-3050TO-92UA-20至+85舞臺燈光、車速儀表、空調(diào)電機(jī)等AH2014.5-2425TO-92UA-40至+125無觸點(diǎn)開關(guān)、位置檢測、轉(zhuǎn)速計(jì)AH5434.5-2425SOT-89-40至+150舞臺燈光、車速儀表、空調(diào)電機(jī)等AH31444.5-2425TO-92UA-40至+85霍爾接近開關(guān)傳感器、轉(zhuǎn)速探測

DH6212.5-1825SOT-23-40至+125位置檢測、流量檢測、速度檢測DH2583.5-2450SOT-23-40至+150霍爾接近開關(guān)傳感器、轉(zhuǎn)速探測DH2203.5-2425SOT-23-40至+125舞臺燈光、車速儀表、空調(diào)電機(jī)等DH1374.5-2425TO-92UA-20至+85舞臺燈光、車速儀表、空調(diào)電機(jī)等SS5414.5-2425SOT-89-40至+150舞臺燈光、位置檢測、空調(diào)電機(jī)等雙極鎖定型霍爾開關(guān)

DH41F3.8-3040TO-92UA-40至+150轉(zhuǎn)速檢測、水流檢測、熱水器DH40A4.5-2440TO-92UA-40至+125直流無刷電機(jī)、轉(zhuǎn)速檢測DH4233.8-3050TO-94-40至+150高靈敏無觸點(diǎn)開關(guān)、無刷電機(jī)DH6012.5-1825SOT-23-30至+115熱水器、家電等EW7322.2-1812TO-92UA-40至+125霍爾接近開關(guān)傳感器、轉(zhuǎn)速探測US18813.5-245TO-92UA-40至+150熱水器、家電等A80E4.2-2425TO-92UA-40