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13 器件篇-霍尔传感器基础知识(1)

时间:2024-10-07 19:36来源:小尹讲电子 作者:ictest8_edit 点击:

 

霍尔传感器主要分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。今天我们主要来讲解一下开关型霍尔传感器。

目录
o 初识霍尔开关
o 霍尔开关的分类
o 霍尔开关的原理图设计
o 霍尔开关的应用

1 初识霍尔开关

霍尔开关是将磁感应强度转换为电路可识别的电信号。开关型霍尔开关简称为霍尔开关,其输出只有高电平和低电平两种状态。当磁感应强度B达到一定强度时,霍尔传感器的输出值发生翻转。

 

2 霍尔开关的分类

霍尔开关可以分为单极型霍尔开关全极型霍尔开关锁存型霍尔开关。不管是哪种霍尔开关,都有磁性工作阈值,具体有以下几种:
o Bop表示磁性增强时的工作阈值。
o Brp表示磁性减弱时的工作阈值。
o 磁带表示两个工作阈值的差值,即Bop-Brp。

单极性霍尔开关
 
单极型霍尔开关仅对南极或者北极有响应。霍尔开关的输出分析,以图示为例:
o 当南极(S)磁场强度大于霍尔开关的磁性工作阈值Bop时,霍尔开关的输出晶体管开启,图示输出为低电平(L)。
o 当南极(S)磁场强度小于霍尔开关的磁性工作阈值Brp时,霍尔开关的输出晶体管关闭,图示输出为高电平(H)。
 
 

全型性霍尔开关
 
全极型霍尔开关对南极(S)或者北极(N)都有响应。霍尔开关的输出分析,以图纸为例:
o 当南极(S)或者北极(N)的磁场强度大于磁性工作阈值Bop时,霍尔开关的输出晶体管开启,图示输出为低电平(L)。
o 当南极(S)或者北极(N)的磁场强度小于磁性工作阈值Brp时,霍尔开关的输出晶体管关闭,图示输出为低电平(H)。

  

锁存型霍尔开关

锁存型霍尔开关与全极型霍尔开关类似,对南极(S)和北极(N)都有响应,唯一不同的是锁存器霍尔开关的磁性工作阈值Bop和磁性工作阈值Brp分布在两个磁极。霍尔开关的输出分析,以图纸为例:
o 当南极(S)磁场强度大于霍尔开关的磁性工作阈值Bop时,霍尔开关的输出晶体管开启,图示输出为低电平(L)。
o 当南极(N)磁场强度大于霍尔开关的磁性工作阈值Brp时,霍尔开关的输出晶体管关闭,图示输出为高电平(H)。

 

3 霍尔开关的原理图设计

霍尔开关的封装一般有两种形式,分别直插型和标贴型。这两种形式的霍尔开关电路设计都是类似的,其典型应用电路见下:

 

电路分析:

电源引脚一般放置0.1uF电容,用于滤除高频耦合噪声; 
为了提高响应速率,一般会在输出的引脚上添加上拉电阻,取值范围一般为1K~10K,输出端的电容CL一般为可选。
 
4 霍尔开关的实际应用

位置检测传感器

滚珠丝杠是通过安装在马达上的螺旋轴旋转,螺母前后运动,将旋转运动转换为直线运动的装置。马达上安装的编码器可以精确测量螺母的移动距离,因此被广泛应用于工业设备中。通过检测螺母的原点,可以防止由于故障和经年老化导致的位置精度误差。此外,通过搭载终点检测功能,可以在实际发生故障或老化的情况下,防止螺母超限发生碰撞。

 
在螺母侧安装磁铁,在固定台侧安装两颗霍尔IC,设置为起点和终点位置。
o 当螺母处于原点位置(1),霍尔IC A上施加的磁场超过Bop,输出信号为低电平,由此可以确定原点位置(图 1b)。
o 当螺旋轴的旋转将螺母移动到终点位置时(2),霍尔IC B上施加的磁场超过Bop,输出信号为低电平(图 1c)。

 
 
燃油表和液位计传感器

将磁铁安装在浮子上,使磁铁的S极朝向霍尔IC。将霍尔IC置于要检测的液面高度处(见图2a中的(1))。

当储罐中有足够的液体时,磁铁和霍尔IC之间的距离很远,磁场小,霍尔IC输出为高电平。随着时间的推移,液体逐渐减少,磁铁下降到霍尔IC的位置,施加在霍尔IC上的磁场超过Bop,霍尔IC的输出变为低电平(图2b)。

利用输出信号的变化,检测液体余量。

 

在笔记本电脑中的应用

霍尔元件在笔记本电脑中主要是开关的应用,当笔记本电脑闭合时,笔记本的屏幕会自动熄灭,笔记本整机进入待机休眠状态,靠的就是霍尔元件。一般情况下,它是在笔记本的屏幕面内安装磁体,在对应部分装上霍尔传感器,当屏幕开启时,磁铁会远离传感器,笔记本电脑便能够正常工作;当屏幕闭合时,磁铁接近霍尔元件时,从而导致霍尔传感器附近的磁场产生变化。

 
 
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