霍尔传感器简介江苏省洪泽中学程如林引言：霍尔效应是新课标高中物理教材（人教版）选修3-1中的一个 研究课题，霍尔元件在新课标高中物理教材（人教版）选修3-2第六章 “传感器”中也有简略介绍课本两处出现此内容，体现了新课标的理 念，即关注现代科技、联系生产实际，同时也是为了拓宽学生知识面、增 强学生的创新设计能力和激发学生的兴趣为了便于大家在教学中了解更 为细致的内容，笔者查阅了相关资料，现将有关内容整理出来，供各位同 行参考摘要：本文简略介绍霍尔传感器的工作原理、分类及其简单应用关键词：霍尔效应霍尔元件霍尔传感器分类特性应用霍尔传感器是一种磁传感器用它可以检测磁场及其变化，可在各种 与磁场有关的场合中使用霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍 尔元件和它的附属电路组成的集成传感器霍尔传感器在工业生产、交通 运输和日常生活中有着非常广泛的应用一、霍尔效应霍尔元件 霍尔传感器（一）霍尔效应如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流厶 并在薄片的垂直方向 施加磁感应强度为$的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产 生电势差为仏的霍尔电压，UH = k —它们之间的关系为& O式中d为薄片的厚度，力称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有 关。
上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导 体在磁场中受力的性质时发现的二） 霍尔元件根据霍尔效应，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 应用三） 霍尔传感器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TO-92尺寸 3X4X 1.57mm1电源十2电源-（地）1 M 3输出2 3霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中 一种型号的外形图二、 霍尔传感器的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一） 线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组 成，它输出模拟量二） 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特 触发器和输出级组成，它输出数字量三、 霍尔传感器的特性（-）线性型霍尔传感器的特性Uo11—►51 o B2 B 图3输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在5〜3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。
二）开关型霍尔传感器的特性如图4所示，其中从为工作点“开”的磁感应强度，爲为释放点 “关”的磁感应强度— on0 Bru -Bap B 图4当外加的磁感应强度超过动作点Ep时，传感器输出低电平，当磁感应 强度降到动作点几以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点尿 时，传感器才由低电平跃变为高电平傀与爲之间的滞后使开关动作更为 可靠另外还有一种“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其 特性如图5所示Brp 0 5hp 图5当磁感应强度超过动作点久时，传感器输出由高电平跃变为低电平， 而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向 磁感应强度达到島时，才能使电平产生变化四、霍尔传感器的应用按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用前 者是直接检测受检对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为 设置的磁场，这个磁场是被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非 磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状 态发生变化的时间等，转变成电学量来进行检测和控制 （一）线性型霍尔传感器主要用于一些物理量的测量例如:1・电流传感器由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可 以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的人小。
利用这一原 理可以设计制成霍尔电流传感器其优点是不与被测电路发生电接触，不 影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线时产生磁场,则霍尔传感器有信号输lB O2.位移测量如图7所示，两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置 于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z 轴上作位移时,传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比霍尔传感器 /s “I |] I” s图7如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，如 图8所示，是按这一原理制成的力传感器霍尔传感器8（二）开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近 开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等1・测转速或转数如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放 在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可 测岀转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在 运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。
根据脉 冲信号的分布可以测岀车辆的运动速度2.各种实用电路开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽，工作可靠，价格便宜， 因此获得极为广泛的应用卜血列举两个实用电路加以说明：电路1防盗报警器蜂鸣器图10如图10所示，将小磁铁固泄在门的边缘上，将霍尔传感器固左在门框 的边缘上，让两者靠近，即门处于关闭状态时，磁铁靠近霍尔传感器，输 出端3为低电平，当门被非法撬开时，霍尔传感器输出端3为高电平，非 门输出端/为低电平，继电器丿吸合，忆闭合，蜂鸣器得电后发出报警声 首O电路2公共汽车门状态显示器使用霍尔传感器，只要再配置一块小永久磁铁就很容易做成车门是否 关好的指示器，例如公共汽车的三个门必须关闭，司机才可开车电路如 图11所示，三片开关型霍尔传感器分别装在汽车的三个门框上，在车门适 当位置各固定一块磁钢，当车门开着时，磁钢远离霍尔开关，输出端为高 电平若三个门中有一个未关好，则或非门输出为低电平，红灯亮，表示 还有门未关好，若三个门都关好，则或非门输出为高电平，绿灯亮，表示 车门关好，司机可放心开车参考文献:［叮成辉.传感器的理论与设计基础及其应用.北京：国防工业出版 彳, 1999［2］霍尔传感器及应用电路.北京电子报1994合订本p. 381。