霍爾開(kāi)關(guān)，屬于霍爾傳感器的一種，在電子電路系統(tǒng)中應(yīng)用是比較廣泛的。本文我們主要講霍爾開(kāi)關(guān)的工作原理。

第一：什么是霍爾開(kāi)關(guān)

1、理論依據(jù)

在將霍爾開(kāi)關(guān)的工作原理前，我們先思考一下，霍爾傳感器與我們學(xué)過(guò)的霍爾效應(yīng)有什么關(guān)系？

霍爾傳感器的物理原理是霍爾效應(yīng)，是霍爾效應(yīng)的一種應(yīng)用。我們來(lái)看看霍爾效應(yīng)：

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為 U=K·I·B/d

其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過(guò)的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。

由此可見(jiàn)，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。

特點(diǎn)：1、霍爾元件是對(duì)磁場(chǎng)敏感，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，頻率響應(yīng)寬，輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

2、由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)很小，通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路集成在一個(gè)芯片上，稱為霍爾傳感器。

第二：霍爾開(kāi)關(guān)工作原理

霍爾開(kāi)關(guān)就屬于有源磁電轉(zhuǎn)換器件，它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號(hào)（磁感應(yīng)信號(hào)）轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào)。

霍爾開(kāi)關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出。

所以霍爾開(kāi)關(guān)的效果與我們?nèi)粘Ｉ罱佑|的開(kāi)關(guān)效果是一致的。

第三：理解霍爾傳感器

使用類比法理解霍爾開(kāi)關(guān)的效果：

1）將霍爾開(kāi)關(guān)類比成一個(gè)普通的電器按鍵開(kāi)關(guān)。

2）當(dāng)無(wú)磁場(chǎng)時(shí)（或磁感應(yīng)強(qiáng)度小于一定值），霍爾開(kāi)關(guān)是關(guān)閉狀態(tài)（假定磁感應(yīng)強(qiáng)度小于一定值，霍爾開(kāi)關(guān)是對(duì)應(yīng)關(guān)閉狀態(tài)），類似手動(dòng)把電器的開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電器不工作。

當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)（或磁感應(yīng)強(qiáng)度大于一定值），霍爾開(kāi)關(guān)是導(dǎo)通狀態(tài)（假定磁感應(yīng)強(qiáng)度大于一定值，霍爾開(kāi)關(guān)是對(duì)應(yīng)導(dǎo)通狀態(tài)），類似手動(dòng)把電器的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電器正常工作。

第四：霍爾傳感器的典型應(yīng)用

按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)受檢對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量，例如速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電學(xué)量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。

（一）線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測(cè)量。例如：

1．電流傳感器

由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測(cè)量出磁場(chǎng)，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。

霍爾電流傳感器工作原理，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，則霍爾傳感器有信號(hào)輸出。

2．位移測(cè)量

位移傳感器有兩塊永久磁鐵同極性相對(duì)放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作△Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。

如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測(cè)出拉力及壓力的大小，是按這一原理制成的力傳感器。

二）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、流速、接近開(kāi)關(guān)、關(guān)門(mén)告知器、報(bào)警器、自動(dòng)控制電路等。

1．測(cè)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)

在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

如果把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車(chē)輛上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)的分布可以測(cè)出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)速度。

2．各種實(shí)用電路

開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器尺寸小、工作電壓范圍寬，工作可靠，價(jià)格便宜，因此獲得極為廣泛的應(yīng)用。下面列舉兩個(gè)實(shí)用電路加以說(shuō)明：

防盜報(bào)警器

將小磁鐵固定在門(mén)的邊緣上，將霍爾傳感器固定在門(mén)框的邊緣上，讓兩者靠近，即門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，磁鐵靠近霍爾傳感器，輸出端3為低電平，當(dāng)門(mén)被非法撬開(kāi)時(shí)，霍爾傳感器輸出端3為高電平，非門(mén)輸出端Y為低電平，繼電器J吸合，Ja閉合，蜂鳴器得電后發(fā)出報(bào)警聲音。

公共汽車(chē)門(mén)狀態(tài)顯示器

使用霍爾傳感器，只要再配置一塊小永久磁鐵就很容易做成車(chē)門(mén)是否關(guān)好的指示器，例如公共汽車(chē)的三個(gè)門(mén)必須關(guān)閉，司機(jī)才可開(kāi)車(chē)。電路中，三片開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器分別裝在汽車(chē)的三個(gè)門(mén)框上，在車(chē)門(mén)適當(dāng)位置各固定一塊磁鋼，當(dāng)車(chē)門(mén)開(kāi)著時(shí)，磁鋼遠(yuǎn)離霍爾開(kāi)關(guān)，輸出端為高電平。若三個(gè)門(mén)中有一個(gè)未關(guān)好，則或非門(mén)輸出為低電平，紅燈亮，表示還有門(mén)未關(guān)好，若三個(gè)門(mén)都關(guān)好，則或非門(mén)輸出為高電平，綠燈亮，表示車(chē)門(mén)關(guān)好，司機(jī)可放心開(kāi)車(chē)