鲸油灯照亮厨桌的上方，在那里，埃德温正在一个薄的矩形金箔上工作着。他可以在薄片上看见自己的影子，他的脑海里瞬间闪现出自己看上去很累的样子。时间已经很晚了，但是埃德温正在进行着一项新实验——很新的实验。埃德温霍尔一直研究开尔文的电流理论，在1849年以前的30年间，这个理论就已经存在了。他工作时，偶然注意到如果电流正在流过一个黄金薄片，而且一个磁场垂直放置在这个薄片的一侧，就会检测出在薄片的边缘有电位差。这个发现要归功于埃德温-霍尔博士，现在我们称之为霍尔效应。
与许多发现一样，霍尔博士的敏锐观察不是来自刻意寻找，而是源于注意到的一个异常现象，并进行研究。人们已经知道，霍尔效应发现了100多年，但是它的应用直到最近几十年才有进展。汽车工业已经将这项技术应用于现代汽车的许多系统，包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动系统。为了满足不同的系统，霍尔效应传感器有开关式、模拟式和数字式3种型式。霍尔效应传感器是触发传感器，传感器没有直接接触，而是使用一个磁场激活电子单元。
霍尔效应传感器可以采用金属和半导体等制成，效应质量的改变取决于导体的材料，材料会直接影响流过传感器的正离子和电子。制造霍尔元件时，汽车工业通常使用3种半导体材料，即砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)以及砷化铟(InAs)。最常用的半导体材料是砷化铟。正如霍尔博士的经验，导体是薄片矩形，这很重要，这样就会允许载流子流过，以便分散并聚集在边缘。
现在让我们来观察霍尔效应的原理(如图1、图2所示)。如果电流流过一个导体，而且在与电流垂直的方向，有一个磁场(磁通量)穿过导体，带电粒子就会漂移到矩形薄片的边缘，并聚集在边缘表面。磁通量在导体上施加一个力，这个力使电压(正向)向一边漂移，电子(负向力)向另一边漂移。施加于电流中的力称为洛伦茨力。
磁场力作用在导体上时，载流子在另一侧，在导体中建立一个电压降。这个电压差就是霍尔电压。霍尔电压与流过的电流、磁场强度以及导体材料成比例。如果这三个变量中的任何一个发生变化，导体中的电压差就会改变。这就是为什么霍尔元件必须有一个调节电压作用于电路。如果电流可以调节，而且给定导体的材料，剩余的唯一事情是改变磁场强度。磁场强度与电路改变90°角时，导体中的电压降也在改变。磁通量越强，导体中的电压降就越大。
所产生的霍尔电压是一个模拟信号。这个霍尔信号很小，1高斯磁场通常约30mV。由于其产生的电压很小，所以在实际运用中，还必须对这个信号进行放大。
最适合于霍尔元件的放大器是微分放大器(如图3所示)。这种放大器只放大正负极输入之间的电位差。如果正负极输入与放大器之间没有电压差，放大器就没有输出电压。然而，如果有电压差，这个电压差将会被线性放大。
霍尔元件直接与微分放大器连接。以便放大器能够反映霍尔元件的性能。霍尔元件中没有磁场时，就没有霍尔电压产生。放大器不输出电压。一个磁场作用于霍尔元件时，元件中产生霍尔电压，微分放大器监测并放大这个电压差。
霍尔效应传感器的型式决定了放大电路的不同，其输出要适应所控制的装置。这个输出可能是模拟式，如加速位置传感器或节气门位置传感器，也可能是数字式。如曲轴或凸轮轴位置传感器。
现在我们看看这些霍尔传感器的不同配置。霍尔元件用于模拟式传感器时，这个传感器可以用于空调系统中的温度表或动力控制系统中的节气门位置传感器。霍尔元件与微分放大器连接，放大器与NPN晶体管连接(如图4所示)。磁铁固定在旋转轴上，轴在旋转时，瞿尔元件上的磁场加强。其产生的霍尔电压与磁场强度成比例。
如果节气门轴由PCM监测，磁场也随着节气门轴旋转。发动机怠速运转时，节气门应该关闭。此时。磁场强度低，产生的霍尔电压应该也低。微分放大器会有一个小的电位差。放大器输出应该较低。NPN晶体管的基极将会收到放大器的输出。
因为基极电压低，NPN晶体管的放大也低。在这种情况下，节气门位置传感器的输出电压应该是1v的指令。当发动机带负荷运转时，节气门轴旋转打开节气门。当节气门轴旋转时，霍尔元件上的磁场加强。其产生的霍尔电压与磁场强度成正比。霍尔电压增加时，微分放大器收到它的电位差，随后放大器放大这个差值。这个增加的输出被传送到NPN晶体管的基极，接着基极放大这个信号，产生节气门位置传感器的输出。这个线性输出与节气门轴的旋转成正比。
节气门位置传感器的输出被传送到PCM，在那里报告节气门轴的角度。PCM的微处理器不能直接阅读来自节气门位置传感器的模拟电压，这个信号必须被转换成=进制，即许多1和0。要完成这项工作。需要使用一种称为模拟数字(A/D)转换器的装置。多数情况下使用8位A/D转换器。这种装置把一个电压电平转换成一系列的1和0。这样微处理器就可以解码，并且知道节气门轴的实际角度。
当霍尔元件用于数字信号时，例如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器或车速传感器，必须首先改变电路。霍尔元件与微分放大器连接，微分放大器与施密特触发器连接。在这种配置中。传感器输出一个开或关的信号。在多数汽车电路中，霍尔传感器是电流吸收器或者使信号电路接地。要完成这项工作，需要一个NPN晶体管与施密特触发器的输出连接(如图5所示)。磁场穿过霍尔元件，一个触发器轮上的叶片在磁场和霍尔元件之间通过。
当轮上的叶片不在磁场和霍尔元件之间时，磁场就穿过霍尔元件，产生一个霍尔电压。这个电压被输送到微分放大器的正负极输入。放大器放大这个电压差，并把它输送到施密特触发器的输入，这是一个数字式触发装置。当微分放大器的电压增加时，电压就达到一个打开阈值，或者说一个操作点。在这个操作点，施密特触发器改变它的状态，允许输出电压信号。
低电压设定在关闭点而不是打开点。打开点和关闭点之间的差值(即磁滞现象)的用途是消除微分放大器较小变化引起的触发错误。打开施密特触发器，输出电压被输送到NPN晶体管的基极。晶体管的基极有电压时，打开晶体管。
控制单元的电压调节器给一个电阻或负荷供电。电阻电路连接NPN晶体管的集电极，当打开NPN晶体管时，电流从集电极流入，从发射极流出接地。在这种情况下。信号接地。既然电阻在控制单元的内部。在接地柱上。电压将会下降到非常接近于接地电压。
当触发轮旋转时，轮上的叶片在磁场和霍尔元件之间移动。既然触发轮是用含铁的材料制成的，它就会把磁场推向轮上的叶片。在这一点，没有磁场穿过霍尔元件，因此没有霍尔电压产生，微分放大器到施密特触发器也没有输出。同样，施密特触发器到NPN基极也没有输出，晶体管改变状态而关闭，接着负荷不再接地，这就产生一个断路。在这个断路电路中存在电源电压。如果电压调节器是一个5V电源，那么断路中的电压将是5V。当轮上的叶片旋转时，它就从磁场和霍尔元件之间移出。接通电路，使负荷连接接地柱。因此。信号电压降非常接近于接地点。重复这个循环，以便在屏蔽式霍尔效应传感器中产生数字信号。
齿轮式霍尔效应传感器(如图6所示)是另一种数字式on／off(开，关)感知装置。一个偏磁场位于瞿尔元件的上方。在这个传感器内，磁场总是穿过霍尔元件，霍尔电压一直存在。当一个齿轮通过霍尔元件的下方时，元件中的磁场加强。当磁场加强时，霍尔电压就升高。这个电压被输送到一个电路，这个电路比较霍尔非齿型电压输出和霍尔齿型电压输出。
要使这个传感器工作，齿轮必须从霍尔元件旁通过。在没有齿的位置给电容器充电，储存非齿型霍尔电压，以便它能与齿型霍尔电压比较。齿型的顶端接近传感器时，霍尔电压升高到预定的工作点。在这个点，比较器给触发器电路发送一个信号，触发器给NPN晶体管施加一个电压信号，打开晶体管。NPN晶体管连接控制单元内的电阻电路。