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霍尔效应与霍尔效传感器

2023-12-07
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一、霍尔效应定义:

    霍尔效应(Hall effect):是指当固体导体放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。 霍尔效应产生之霍尔电压一般可表达为:

    其中,I 为流经导体的电流,B 为施加于导体的磁场,RH 为该导体材料的霍尔系数,d 为导体在磁场方向上的厚度。除导体外,半导体也能产生霍尔效应,而且半导体的霍尔效应要强于导体。

                                                                                             ----维基百科


二、霍尔效应传感器

图一:霍尔效应传感器

    如图一所示,霍尔效应传感器基本上由一块薄的矩形p型半导体材料组成,它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场中时,磁通线在半导体材料上施加力,该力使电荷载流子,电子和空穴偏转到半导体板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过半导体材料所经受的磁力的结果。当这些电子和空穴移动侧边时,通过这些电荷载流子的积累在半导体材料的两侧之间产生电位差。

    基本霍尔元件的输出电压(称为霍尔电压,(VH)与通过半导体材料的磁场强度(B)成正比 。这个输出电压可以非常小,即使受到强磁场也只有几微伏,因此大多数商用霍尔效应器件都是通过内置直流放大器、逻辑开关电路和稳压器制造的,以提高传感器的灵敏度、滞后和输出电压,如图二所示。这也使霍尔效应传感器能够在更广泛的电源和磁场条件下工作。

图二:基本霍尔元件系统框图【开关型】


三、常见应用类型


3.1、霍尔效应传感器的主要优点:


    3.1.1、准确度和精度:高精度锁存器和开关提供非常严格的开关阈值(小至 ±1mT),而一些单轴和 3D 线性传感器 的精度水平低至 2.6%,以便为机械容差提供更大的余量。

    3.1.2、高灵敏度:一些霍尔效应传感器能够检测小至 2 mT 的磁场。

    3.1.3、高带宽:霍尔效应传感器通常设计用于满足应用的低功耗、低采样要求或高带宽、快速变化的磁场要求。

    3.1.4、宽电压范围:霍尔效应传感器可以提供宽电压范围(有时从 1.65V 到 5.5V)


3.2、常见的霍尔效应类型:


    3.2.1、线性霍尔类型:与磁通密度成正比的模拟或数字输出信号,用 于检测绝对位置或角度运动。

    3.2.2、开关类型:指示磁通密度是否超过简单开/关(或打开和 关闭)应用定义的阈值。

    3.2.3、锁存器类型:确定旋转编码的速度和方向以及电机换向的位置。


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这家伙很懒,什么描述也没留下

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