霍尔传感器原理及其应用

年级：2009级 姓名：彭春华

学号：200908063093 专业：电子信息工程

指导老师：刘刚

2012年6月

摘要

20 世纪末,集成霍尔传感器技术得到了迅猛发展,各种性能的集成霍尔传感器不断涌现,它们已在汽车、纺织、化工、通讯、电机、电信、计算机等各个领域得到广泛的应用,特别是由集成开关型霍尔传感器制成的无刷直流电机(霍尔电机) 已经进入千家万户. 广泛应用于录音机、摄录像设备、VCD、DVD、及新型助力自行车等家用电器中. 笔者将集成开关型霍尔传感器及其计时装置应用于力学实验中,同时还可对该传感器的特性参数进行测量. 由于保留了传统的实验方法,所以使实验的内容更具综合性,它一方面能让学生从多角度地了解和掌握一些经典的测量手段和操作技能.另一方面由于加入了用集成开关型霍尔传感器来测量时间或周期的新方法,使学生对这种传感器的特性及在自动测量和自动控制中的作用有进一步的认识,从而真正领略这一最新传感技术的风采. 传统实验与现代化技术相结合对推进素质教育,培养想象能力和创新能力是十分有用的. 而这类实验已在我校的中学物理实验研究课程中开设,教师和学生都很有兴趣,教学效果很好。

霍尔的实验原理

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产 生电位差，如图1所示，这种现象就称为霍尔效应。

两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U= K*I*B其中K为霍尔系d数，I为薄片中通过的电流， B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d

图1 是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

霍尔接近开关是用“霍尔效应”的磁感应现象来实现电子开关的开关,工作电压范围5-24V。霍尔传感器对磁场感应特别灵敏，所以与他配合工作的是一块小磁铁。当磁铁与它接近时。若B在一定值以上时，霍尔传感器输出高电平，若B小于一定值时，霍尔传感器会输出低电平。利用霍尔开关的特性，我们可以很容易实现对电路的自动控制。

霍尔接近开关既有霍尔开关元件所具有的无触点，无开关瞬态抖动，高可靠，抗干扰能力强及抗腐蚀和长寿命等特点，又有很强的负载能力和广泛的功能，所以在工业中得到相当广泛的使用，特别是在恶劣环境下，它比目前使用的电感式，电容式，光电式等接近开关具有更强的抗干扰能力。

鉴于霍尔接近开关的诸多优点，目前市面上出售的接近开关中，霍尔式接近开关就占有了相当大的比例，它生产要求简单并广泛应用于转速，位移，位置，速度等物理量的测量上，也基于此，国内许多大大小小的企业公司都在生产、出售各类霍尔式接近开关，竞争的确相当厉害。

我们知道我国很多大公司近几年在霍尔接近开关上的技术发展相当迅速，他们除在霍尔接近开关内部采用了厚膜混合集成电路工艺制作外，外形方面也不拘一格，采用槽形，贯穿形，平面形，其技术含金量越来越高。这些功能优势无疑使得霍尔接近开关的应用变的越来越广泛，自然可以在国内外市场的竞争中立于不败之地。

在实际生活中，我们接触最多的便是电器，而大多数的电器开关连接的是220V交流电源。普通的电器开关，在联通与断开时操作者都要直接触到电信号，这样我们就有触电的危险，为了克服普通开关的安全性低的缺点，同时也为了便于我们对于一些公共设施的管理及监管和市民的方便。

我们设计了一个能控制220V交流电的霍尔开关，它通过对磁信号的探测实现电路的通断，即通过投币来实现热水和其它液体饮料的供应，极大地提高城市的人性化，促进和谐社会的发展。

实验所需的器材：

霍尔传感器、555时基芯片、继电器、保险丝、三极管若干、电阻、二极管、发光二级管、电容、变压器，W7805。

方案设计及论证

在前面我们介绍了霍尔效应，霍尔接近开关的输入端是以磁感应强度B 来表征的，当B 值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器电平翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。而我们就可以利用霍尔传