Manny Soltero
霍尔效应传感器（也称为霍尔传感器）以高精度、一致性和可靠性监控磁场。为什么这很重要？因为它使您能够感知系统中对象的位置和运动。在本文中，我将解释什么是霍尔效应传感器，其基本构建基块和功能，以及霍尔效应感应产品的常用案例。
Hall 效应传感器不是您典型的集成电路 （IC），因为与大多数集成电路不同，它与关键"电路" - 磁铁间接交互！如图 1 所示，基本霍尔效应传感器由大厅元件组成，该元件将磁场转换为电压，并处理电路（如运算放大器）。模拟和数字处理电路对于 Hall 效应传感器的运行都至关重要，因为 Hall 元件的输出电压很小，有时在微伏范围内。其中最简单的霍尔效应传感器仅使用三针套件、小轮廓晶体管 （SOT）-23 或晶体管轮廓 （TO）-92，用于电源、地面连接和输出。
图1：一个基本的霍尔效应传感器
磁场从来不是直线，因为它们从一极延伸到另一极，但图1显示直线冲击传感器的简单性。确切地了解这些场向量在太空中的行为，可以让你用它们做许多创造性的事情。查看TI 磁传感器支持和培训页面上的应用程序说明，了解一些基本想法。
有没有想过霍尔效应传感器是如何工作的？简单的答案是，一个小电压在导电材料上形成，当电流通过导体时，电子挤到一边，磁场被施加在正交方向上（见图2）。这种电压电位归因于埃德温·霍尔于1879年发现的洛伦茨力。
图2：大厅效应
注意到相对于霍尔元素的磁场方向了吗？这是霍尔效应传感器的一个关键方面，您需要考虑您的机械设计。大多数霍尔效应传感器数据表都指定了磁场相对于封装表面的预期方向。TI 在其霍尔效应传感器产品组合中具有多种选项。
这种对 Hall 效应传感器如何工作的基本理解是必要的，以便您知道如何有效地使用它们，相对于磁铁具有适当的位置。但你还需要知道磁铁产生的磁场是如何与距离一起运作的。图3显示了磁场如何从磁铁远处衰变的简单图形。
图3：磁场在距离上衰变
为了最大限度地提高测量分辨率，您需要确保系统的最小到最大距离值位于磁场变化最大的区域内。
目前有三种类型的位置霍尔效应传感器：
霍尔效应开关是一种数字输出设备，根据它感知到的磁场切换状态。当磁体靠近传感器时，它感觉到的磁场变得更强，并会切换到一种称为B OP的活跃状态。当磁场感觉减弱时（当磁铁拉得更远时），设备会以称为 B RP 的阈值切换回其非活动状态。
霍尔效应闩锁在操作上几乎与开关相同，只是它有一个 BRP点，在磁极性方面正好相反。换句话说，它需要一个交替的磁场极性来切换其输出电压状态。
霍尔效应线性传感器，也称为线性传感器，是一种模拟设备，其输出电压与它所感应的磁场成正比。由于不存在磁场，该设备将产生相当于电源电压（V Q）一半的输出电压。随着磁场的增强，输出电压将开始使其更接近地面（磁性北）或接近电源电压（磁性南），直到达到饱和点。由于电压输出不变，传感器不会测量比饱和时强的磁场。交换机和线性设备有单极版本（只能感官南北字段）或全极开关和双极线性（即感知南北场）。
图4显示了三个霍尔效应传感器类型的各自传输功能。
图4：开关、闩锁和线性传感器传输功能
开关和闩锁中的磁点 BOP和 BRP定义了滞后值 （BHYS = BOP - BRP）。在系统中利用滞后将防止输出状态之间来回弹跳。
通用霍尔效应传感器应用程序
开关在笔记本电脑、冰箱门和端开关中很常见，可检测磁铁何时靠近传感器。闩锁在旋转编码和电机折算应用中很流行，其中应用程序的旋转方面是成熟的，可以持续监控旋转轴的位置。线性传感器可以精确测量物体的位移，因此它们适用于线性执行器、变速触发器和加速踏板。
霍尔效应传感器提供了监控移动物体的具有成本效益的方法。根据应用程序的不同，您可以使用开关、闩锁或线性传感器。如果您想继续了解霍尔效应传感器，我鼓励您查看我们的TI 精密实验室磁传感器培训系列。
Additional resources
- Read the application report, “Understanding & Applying Hall Effect Sensor Datasheets” to learn more about how to make better use of the data in a Hall-effect sensor datasheet.
- Read the application report, “Designing Single and Multiple Position Switches Using TI Hall Effect Sensors.”
- Check out these foundational linear sensor application reports, “Linear Hall Effect Sensor Angle Measurement Theory, Implementation, and Calibration” and “Linear Hall Effect Sensor Array Design.”
射频前端产业观察：
本文翻译自Ti的技术文章。所有版权属于原作者。
