2025年霍尔传感器实验报告.pdf

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丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫




霍尔传感器原理及其应用







···2025 级
姓名：彭春华
···202520252025
专业：电子信息工程
指导老师：刘刚










2025 年 6 月

: .
为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载
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
I * B
U= K * 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。 : .
非淡泊无以明志，非宁静无以致远。——诸葛亮
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 : .
博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》
感器电平的翻转来实现控制电路的导通和断开，从而实现我们的目标，即
控制单稳的触发，之后在控制继电器在一定时间内的导通与断开。
一个微小的磁场变化就可以引起霍尔开关的输出电平的翻转。我们就选
择用遮挡霍尔元件磁路的通断来控制电路的通断。这样我们可以增加开关
的可靠性和安全性的同时也有利于自动控制。
电路实现框图：

磁 信 号 的 前 置 放 大 放大调理电 控制电路
检 测 与 接 隔离电路 路

1、这步中我们主要是实现用一定的物体去挡住霍尔元件的磁路，从而
实现霍尔元件的高低电平变化。
2、在这里我们主要是考虑到一个抗干扰的问题，防止前后级的信号交
叉干扰，从而提高电路的抗干扰能力何在恶劣环境下的生存能力。
3、因为我们从霍尔元件中获得的信号是一个微弱的信号，我们需要把
它放大到我们一般以期能够处理的标准信号，所以就必须把信号进行放大。
但是在放大前我们必须要加一滤波器用来滤除不需要的杂波。
4、控制电路主要是通过 555实现单稳电路从而实现了电路在一定时间
内处于导通状态，然后控制继电器通断来达到供应饮料的目的。
5、整个电路当然还需要有电源供电， 一般我们需要的是 5—12V左右的
直流电压，所以我们必须变压器变压，然后用整流桥将交流整成直流电源，
之后为了减少信号的脉动系数，再外加一个稳压芯片。
实验原理图：


555构成的单稳模块： : .
好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。——《中庸》


电源部分：


原理图中的整流部分如上图（图8）所示，考虑到U 为 220V，根据
1
《模拟电子技术》中整流二极管的说明，我们可以得出Uo≥
1
结合整流二极管参数表（表2）我们选用IN4001二极管。我们通过变压
器将高电压变成我们所需要的电压，变压器的杂书必要达到一定的要求，
同时我们通过二极管构成的桥路，将交流电压变成直流电压，即全波整流。
图中的二极管取值要大一点好，这样就可