一、霍尔效应

霍尔效应是物理学家霍尔在1879年发现的，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差，后来发现半导体、导电流体等也有这种效应。

半导体的霍尔效应比金属强得多，因此利用这现象可以制成的各种霍尔元件，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。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

线性霍尔效应的特性，输出电压与外加磁场强度呈线性关系，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

图1：霍尔效应原理和特性

开关霍尔效应的特性，其中BNP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点BNP时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点BNP以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。BNP与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

二、霍尔传感器

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。

图2：霍尔传感器的应用场景

霍尔效应传感器可以将变化的磁场转化为输出电压的变化，因此首先用于测量磁场，此外它还可测量产生和影响磁场的物理量，例如用于接近开关、位置测量、转速测量和电流测量等设备。如果我们在电路中使用多组传感器，甚至可以判断出磁铁的相关位置。

霍尔传感器分类

霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种，线性霍尔器件输出模拟量，霍尔开关器件是输出数字量。通过霍尔传感器，许多非电、非磁的物理量，如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转速、速度、功等，都可以将其状态变化转化为电信号进行检测和控制。

（1）线性型霍尔传感器

它是由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出为模拟量。线性霍尔元件是一种具有模拟信号输出的磁传感器。输出电压随输入磁通密度呈线性变化，因此线性霍尔效应传感器的输出电压能准确地跟踪磁通密度的变化情况。

（2）开关型霍尔传感器

它是由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字信号。根据霍尔元件开关的感应方式，可分为双极霍尔开关、单极霍尔开关和全极性霍尔开关。

单极霍尔开关的感应方式：当磁场的一极靠近时，输出低电压（低电平）或关断信号，当磁场的一极远离时，输出高电压（高电平）或开断信号。但需要注意的是，单极霍尔开关只有在规定了一定的极性感应时才能有效，一般为正感应磁场s极和负感应N极。

双极性霍尔开关的感应方式：由于磁场有两个磁极N、S（正磁或负磁），所以两极控制双极性霍尔开关的接通和关断（高电平和低电平），这通常具有锁定功能，即，当磁极离开时，霍尔输出信号不会变化，直到感应到另一个极点。需要注意的是，双极霍尔开关的初始状态是随机输出，可能是高电平，也可能是低电平。

全极霍尔开关的感应方式：全极霍尔开关的感应模式与单极霍尔开关的感应模式相似，只是单极霍尔开关指定磁极，而全极霍尔开关不指定磁极，任何磁极接近器件都会输出低电平信号，无磁场或磁铁远离时输出高电平信号。

三、霍尔器件选型：

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