感測器與訊號調理

霍爾效應感測器(Hall-effect sensor)

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霍爾效應感測器能感受磁場。它是一小片半導體,有電流流過;把磁鐵靠近,磁場會把流動的電流往側邊推,使電荷堆在一邊,於是在薄片兩側產生一個微小電壓。沒磁鐵就沒電壓;磁場越強、電壓越大。這是一種感測磁鐵——進而感測位置、轉動或電流——而完全不需任何接觸的方法。

其物理是霍爾效應:垂直於載流導體的磁場會偏轉移動的電荷,在兩側產生一個與電流及磁場強度都成正比的霍爾電壓。原始霍爾電壓很小,所以實用的霍爾感測器是內建放大器的積體晶片。有兩種風味:線性霍爾感測器輸出與磁場強度成正比的電壓(適合量「多強、多近」);開關型霍爾感測器在磁場越過門檻時把輸出翻成高或低,內建遲滯以免抖動(適合計數或偵測有無)。由於元件非接觸,磁鐵可封在牆後,或在軸上旋轉。

為何重要:凡需堅固、無磨損、非接觸感測之處都有霍爾感測器——無刷馬達換相、汽車的輪速與曲軸感測器、電流感測(量導線的磁場來讀其電流,而不切斷電路)、近接開關、筆電的上蓋關閉偵測。誠實的提醒:它們需要磁鐵與受控的間隙,所以機械擺放很要緊;線性型隨溫度漂移、有失調,好的設計會把它修掉;而開關型只給你開/關、不給數值。但要做磁性與非接觸的位置感測,它們堅固、便宜又可靠。

一顆由 5 V 供電的線性霍爾感測器,無磁鐵時輸出 2.5 V(電源中點),每高斯磁場約擺動 1.3 mV。把一顆在晶片處產生 500 高斯的磁鐵靠近,輸出升到約 2.5 V + 500 times 1.3 mV = 約 3.15 V。把磁鐵移開,它回落朝向 2.5 V——距離變成電壓。

磁場把電流推向側邊而生出電壓——非接觸感測。

選對型式:線性霍爾感測器給正比電壓(一個數值),開關型只給開/關。線性零件有溫度漂移與失調,所以精密量測時需校準,或選內建補償的零件。

又称
Hall sensormagnetic sensor霍爾感測器磁感測器