霍尔开关的各种应用电路

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1、3.4.1HK斗的特性1.霍尔开关的外形HK-l型霍尔开关是在硅晶片上制造集成电路芯片然后进行全密封封装而成的，其外形有两种常见形式，分别如图3-10(a)和(b)所示，图3-10(a)为螺母式霍尔开关，能横向固定在某一部位测量磁场c图3-10(b)为穿孔式霍尔开关，可纵向固定在某一部位测量磁场。HK-l型霍尔开关采用不同的封装形式，给我们带来了方便。霍尔开关的图形符号如图3-10(c)所示，常用HST表示。从图3-10(a)和(b)中四毛l型霍尔开关外形可知，每个霍尔开关都有一个磁感应面和三根引脚线。三个引脚分别用不同颜色

2、的线引出，①脚是红线，②脚是黄线.③脚是黑线。这三根引脚线的功能是:①脚红线为HK-l型霍尔开关工作电惊正极输入端V町，由该脚为霍尔开关内部电路提供工作电压;②脚黄线为HK-l型霍尔开关输出端OUT，霍尔开关的磁感应面检测到磁场后，就转换成电信号由该引脚向外输出;③脚黑线为HK-l型霍尔开关的地线端GND，它一方面是供电电源的负极，另一方面是输出信号的冷端，即由地线构成电源的电流回路和输出信号的回路。,14山脚川以OUTOUT(a)螺母式霍尔开关(b)穿孔式霍尔开关(c)圈形符号图3-10回心1型霍尔开关外形和图形符号霍尔开

3、关磁感应面的内部是一个霍尔元件，由它来感应外部磁场，控制霍尔开关输出端OUT输出电信号Uoun以完成由磁场转换为电信号的功能，再以电信号来控制其他电路或电器，因此又称霍尔开关为霍尔传感器。2.霍尔开关的内部结构HK-l型霍尔开关内部电路的结构如图3-11所示，是由稳压电路、霍尔元件H、差分放大器、施密特触发器、三极管放大器(也叫开关功率驱动器)等单元电路集成为一体的整体器件。图3-11HK-l型霍尔开关内部电路结构图3.霍尔开关的开关特性(1)霍尔开关内部的霍尔元件霍尔元件是霍尔开关内部很重要的部分，要掌握霍尔开关先必须了解

4、霍尔元件c当将半导体薄片置于磁场B中，并在①、②端加t电源E时，半导体薄片中就沿电源电压E的方向导通电流Ig，然后在与电流方向垂直又和睦场方向垂直的③、④端检测电压，可看出表的指针会摆动，表明③、④两端有电动势EH产生，这个物理现象称为霍尔放应，产生的EH称为霍尔电动势，如图3-12(a)所示由图3-12(a)所示的半导体霍尔效应示意图可知，电流线与电动势线互相垂直，所以就以这种组成结构作为霍尔元件的图形符号，如图3-12(b)所示，其中用"H"标注在霍尔元件图形符号上。(a)半导体霍尔效应示意图(b)霍尔元件图形符号图3-

5、12霍尔元件原理及其图形符号在霍尔元件应用中，外电压通常是加在①、②端，如果再在硅片的垂直方向加上磁场，便在③、④端产生电动势，可见，外加酷场对③、④端产生的电动势有控制作用。因此，图形符号的①、②端称为电流极，③、④端称为霍尔电动势极，外加磁场称为控制磁场。霍尔元件不仅可单独应用，还可制造在集成电路内部构成其他控制元件，HK-1型霍尔开关内部的H就是一个霍尔元件。(2)霍尔开关的开关特性我们就在下面的图3-13中了解霍尔开关最基本的工作特性。先看图3-13(a)。在霍尔开关第①脚加5V电源电压并在磁感应面放置磁铁后，当永久

6、磁铁距离磁感应面为5~lOmm，霍尔开关内部霍尔元件H感应的磁感应强度达到约80mT时，霍尔元件就产生霍尔电动势EHO霍尔电动势EH信号产生后，送人差分放大器放大，如图3-11所示。放大的信号又送到施密特触发器，一旦施密特触发器被触发，就输出高电压加到三极管基极使其饱和导通，即三极管集电极与发射极之间的电压接近于0，于是霍尔开关第②脚(黄线)就输出低电压，称之为霍尔开关关断。当永久磁铁离磁感应面较远或说感应的磁感应强度小于80mT时，霍尔开关内部霍尔元件H几乎不产生霍尔电动势EHo图3-11中差分放大器元输入信号，施密特电路

7、就不被触发，也无高电压加到三极管基极，三极管截止。这时霍尔开关第②脚就由R输出5V高电压，霍尔开关输出高电压的状态称为霍尔开关打开。这就是霍尔开关工作日才"开"与"关"的特性，霍尔开关输出开/关信号波形如图3-13(a)所示，为脉冲方波。当永久磁铁与霍尔开关相对往复运动时，运动速度越快，霍尔开关的开/关次数就越多，开关工作频率越高。通常霍尔开关工作频率可达100kHz，即1秒钟能可靠地开/关10万次，并且输出波形的前沿陡直、纯净无毛刺，可直接驱动负载工作，使用非常方便。霍尔开关在应用中，一般是固定霍尔开关而移动磁铁，除图3-

8、13(a)中所示的可横向移动磁铁来控制霍尔开关的开/关外，还可像图3-13(b)所示的那样纵向移动磁铁控制霍尔开关的开/关，应用非常灵活。L川永久磁铁SNE二圄圄兰ζ∞骂。磁感应面磁感应面(a)横移磁铁控制开/关及波形(b)纵移磁铁控制开/关及波形图3-13霍尔开关的工作原理4.霍尔开关的