霍尔开关的原理和应用方法

霍尔开关，属于霍尔传感器的一种，在电子电路系统中应用是比较广泛的。本文我们主要讲霍尔开关的工作原理。

 

第一：什么是霍尔开关

1、理论依据

在将霍尔开关的工作原理前，我们先思考一下，霍尔传感器与我们学过的霍尔效应有什么关系？

 

霍尔传感器的物理原理是霍尔效应，是霍尔效应的一种应用。我们来看看霍尔效应：

 

 

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 U=K·I·B/d

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。

 

由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

 

特点：1、霍尔元件是对磁场敏感，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。

2、由于霍尔元件产生的电势很小，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集成在一个芯片上，称为霍尔传感器。
 

 

第二：霍尔开关工作原理

霍尔开关就属于有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号（磁感应信号）转换成实际应用中的电信号。

 

 

 

霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出。

所以霍尔开关的效果与我们日常生活接触的开关效果是一致的。

 

 

第三：理解霍尔传感器

使用类比法理解霍尔开关的效果：

 

 

 

1）将霍尔开关类比成一个普通的电器按键开关。

 

2）当无磁场时（或磁感应强度小于一定值），霍尔开关是关闭状态（假定磁感应强度小于一定值，霍尔开关是对应关闭状态），类似手动把电器的开关关闭，电器不工作。

 

当有磁场时（或磁感应强度大于一定值），霍尔开关是导通状态（假定磁感应强度大于一定值，霍尔开关是对应导通状态），类似手动把电器的开关打开，电器正常工作。

 

 

第四：霍尔传感器的典型应用

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大小。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，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，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。

2．位移测量

位移传感器有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△Z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。

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，是按这一原理制成的力传感器。

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

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，从而可测出转数（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出车辆的运动速度。

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。下面列举两个实用电路加以说明：

防盗报警器

将小磁铁固定在门的边缘上，将霍尔传感器固定在门框的边缘上，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Y为低电平，继电器J吸合，Ja闭合，蜂鸣器得电后发出报警声音。

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。电路中，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