开关型霍尔传感器的原理与工程实现

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1、万方数据6物理实验第23卷第7期开关型霍尔传感器的原理与工程实现宋青权伟龙齐新元(兰州铁道学院基础科学系甘肃兰州730070)摘要：介绍了开关型霍尔传感器的工作原理，设计了适用于工程测量的具体线路，并分析了该线路的特点关键词：开关型霍尔传感器；工程实现；差动放大电路中国分类号，TN382文献标识码：A文章编号：i005—4642(2003)07·0006—04PrincipleandengineeringrealizationofHallswitchsensorSONGQingQUANWei—long

2、QIXin—yuan(DepartmentofFundamentalScience，LanzhouRailwayUniversity，Lanzhou，Gansu，730070)Abstract：TheworkingprincipleofHallswitchsensorisintroduced．Aconcretecircuitforbeingapplicabletothcengineeringmeasuringisdesigned，andthecharacteristicsofthecircuitare

3、analyzed．Keywords：Hallswitchsensor；engineeringrealization；circuitofdifferentialamplifier1引言20世纪90年代初，集成霍尔传感器技术得到了迅猛的发展，各种功能的集成霍尔传感器在工业、交通、通讯等领域的自动控制中得到了大量的应用．如磁感应强度的测量、角度和位移的测量、周期和转速的测量、液位控制、产品计数、车辆行程计量等．为了培养学生的创新意识，提高学生理论联系实际和初步的工程实践能力，我教研室为二年级以上的学生开辟了

4、物理大实验创新基地，在物理学与其它后继专业课之问架起了一座桥梁．“霍尔传感器及其应用”就是其中的一个项目．开关型霍尔传感器是集成霍尔传感器的一种，它主要被应用于周期和频率的测量、转速的测量、液位控制等方面．从原理上讲，霍尔开关显得较为简单，但是设计霍尔开关却需要具备较宽的知识结构，它不仅要求具备物理学知识，而且还要求具备电子技术等方面的知识，除此之外，还要求具备综合应用及一定的工程设计能力．因此，自制霍尔开关被列为该项目的一个子项目．2霍尔传感器的工作原理由霍尔效应原理可知，当霍尔片处于磁场中，并在垂

5、直于磁场的方向上通以电流时，霍尔片上与电流和磁场垂直的方向上将会有霍尔电势差V。一KBI输出．当通过霍尔片的电流恒定不变时，改变磁场的大小，可以改变霍尔电势差yH．开关型霍尔传感器由稳压器A、硅霍尔片B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五部分组成，如图1所示．从输入端1输入电压Vcc，经稳压器A稳压后加在硅霍尔片B的两端，以提供恒定不变的工作电流．在垂直于霍尔片的感应面方向施加磁场，产生霍尔电势万方数据物理实验第23卷第7期7图1开关型霍尔传感器构成差Vw，该n信号经差分放大器c放大后送至施

6、密特触发器D整形．当磁场达到“工作点”(即B。)时，触发器D输出高电压(相对于地电位)，使三极管E导通，输出端V。输出低电位，此状态称为“开”．当施加的磁场达到“释放点”(即B。)时，触发器D输出低电压，使三极管E截止，输出端y。输出高电位，此状态称为“关”．这样2次高低电位变换，使霍尔传感器完成了1次开关动作．如图2所示．B。，一B，，称为磁滞．在此差值内，输出电位K保持高电位或低电位不变，因而输出稳定可靠．虬高低Bm8q8图2开关型霍尔传感器输出电压与外加磁感应强度关系3开关型霍尔传感器的工程实现

7、开关型霍尔传感器的设计方案很多，这里提供一种工程上实用的实施方案．3．1元件的选择与确定硅霍尔片灵敏度K=21．7mV／(mA·T)，工作电流的范围为0～10mA，本文将工作电流定为4mA．选用的磁钢是直径为万一11．812ram，厚度为无=3．806mm的钕铁硼．选用的施密特触发器为CD40106(六反相器)．当电源电压为矿cc=15V时，触发器正触发的阈值电压为8．3V，负触发的阈值电压为5．2V(实测)．初步选定霍尔开关的“工作点”为B。，一70mT，此时磁钢与霍尔片的距离为r一4．2mm．根据

8、霍尔效应原理，当B。一70roT时，霍尔电势差为Vn一6．1raV．若要使D触发器输出转换为高电平，它的输入要大于8．3V，要将yw放大1360倍以上．由此增益推出，若要使D触发器输出转换为低电平，它的输入要小于5．2V，对应的yw小于3．8mV，“释放点”为B。一44roT，此时磁钢与霍尔片的距离为r一5．4mm．硅霍尔片提供的差模直流信号v。放大后要用单端方式输出，虽然它的差模唐号只有几mV，但是共模噪声可高达几V，且差模信号的放大倍数要求上千倍之高