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霍爾元件及其應用（二）
霍爾元件及其應用（二）


3 霍爾器件的應用

3.1 應用的一般問題

3.1.1 測量磁場

使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件作成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片的表面的磁感應強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應強度。若不垂直，則應求出其垂直分量來計算被測磁場的磁感應強度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進行多點檢測，由計算機進行數據處理，可以得到場的分布狀態，并可對狹縫，小孔中的磁場進行檢測。

3.1.2 工作磁體的設置

用磁場作為被傳感物體的運動和位置信息載體時，一般采用長久磁鋼來產生工作磁場。例如，用一個5×4×2.5（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應強度。在空氣隙中，磁感應強度會隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開關器件的可靠工作，在應用中要考慮有效工作氣隙的長度。在計算總有效工作氣隙時，應從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產品手冊中會給出。

因為霍爾器件需要工作電源，在作運動或位置傳感時，一般令磁體隨被檢測物體運動，將霍爾器件固定在工作系統的適當位置，用它去檢測工作磁場，再從檢測結果中提取被檢信息。

工作磁體和霍爾器件間的運動方式有：(a)對移；(b)側移；(c)旋轉；(d)遮斷。

在遮斷方式中，工作磁體和霍爾器件以適當的間隙相對固定，用一軟磁（例如軟鐵）翼片作為運動工作部件，當翼片進入間隙時，作用到霍爾器件上的磁力線被部分或全部遮斷，以此來調節工作磁場。被傳感的運動信息加在翼片上。這種方法的檢測精度很高，在125℃的溫度范圍內，翼片的位置重復精度可達50μm。

也可將工作磁體固定在霍爾器件背面（外殼上沒打標志的一面），讓被檢的鐵磁物體（例如鋼齒輪）從它們近旁通過，檢測出物體上的特殊標志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運動參數。

3.1.3 與外電路的接口

霍爾開關電路的輸出級一般是一個集電極開路的NPN晶體管，其使用規則和任何一種相似的NPN開關管相同。輸出管截止時，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓*高不得超過輸出管的擊穿電壓（即規范表中規定的極限電壓）。輸出管導通時，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個電阻器（即負載電阻器）來限制流過管子的電流，使它不超過*大允許值（一般為20mA），以免損壞輸出管。輸出電流較大時，管子的飽和壓降也會隨之增大，使用者應當特別注意，僅這個電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。

以與發光二極管的接口為例，對負載電阻器的選擇作一估計。若在Io為20mA（霍爾電路輸出管允許吸入的*大電流），發光二極管的正向壓降VLED=1.4V，當電源電壓VCC=12V時，所需的負載電阻器的阻值*接近的標準電阻為560Ω，因此，可取560Ω的電阻器作為負載電阻器。

若受控的電路所需的電流大于20mA，可在霍爾開關電路與被控電路間接入電流放大器。

霍爾器件的開關所需的電流大于20mA，可在霍爾開關電路與被電路間接入電流放大器。

霍爾器件的開關作用非常迅速，典型的上升時間和下降時間在400nS范圍內，優于任何機械開關。

3.2 應用實例

下??我們將舉出一些應用實例。這些例子僅是該類應用中的一種，用同樣的原理和方法，使用者可根據自己的使用需要，設計出自己的應用裝置。

3.2.1檢測磁場

用霍爾線性器件作探頭，測量10－6T～10T的交變和恒定磁場，已有許多商品儀器。這里，僅介紹一種用經過校準的UGN3503或A3515型霍爾線性電路來檢測磁場的磁感應強度的簡便方法。電路出廠時，工廠可提供每塊電路的校準曲線和靈敏度系數。測量時，將電路**腳（面對標志面從左到右數）接電源，**腳接地，第三腳接高輸入阻抗（>10kΩ）電壓表，通電后，將電路放入被測磁場中，讓磁力線垂直于電路表面，讀出電壓表的數值，即可從校準曲線上查得相應的磁感應強度值。使用前，將器件通電一分鐘，使之達到穩定。

用靈敏度系數計算被測磁場的B值時，可用

B=[Vout(B)－Vout(o)]1000/S

式中，Vout(B)=加上被測磁場時的電壓讀數，單位為V，Vout(o)=未加被測磁場時的電壓讀數，單位為V，S=靈敏度系數，單位為mV/G(高斯)，B=被測磁場的磁感應強度，單位為G。

3.2.2 檢測鐵磁物體

在霍爾線性電路背面偏置一個永磁體，這種方法可以檢測齒輪的轉速。

3.2.3 用在直流無刷電機中

直流無刷電機使用永磁轉子，在定子的適當位置放置所需數量的霍爾器件，它們的輸出和相應的定子繞組的供電電路相連。當轉子經過霍爾器件附近時，永磁轉子的磁場令已通電的霍爾器件輸出一個電壓使定子繞組供電電路導通，給相應的定子繞組供電，產生和轉子磁場極性相同的磁場，推斥轉子繼續轉動。到下一位置，前一位置的霍爾器件停止工作，下位的霍爾器件導通，使下一繞組通電，產生推斥場使轉子繼續轉動。如此循環，維持電機的工作。

在這里，霍爾器件起位置傳感器的作用，檢測轉子磁極的位置，它的輸出使定子繞組供電電路通斷，又起開關作用，當轉子磁極離去時，令上一個霍爾器件停止工作，下一個器件開始工作，使轉子磁極總是面對推斥磁場，霍爾器件又起定子電流的換向作用。

無刷電機中的霍爾器件，既可使用霍爾元件，也可使用霍爾開關電路。使用霍爾元件時，一般要外接放大電路，使用霍爾開關電路，可直接驅動電機繞組，使線路大為簡化。