吳必龍

摘 要：開(kāi)關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過(guò)程和實(shí)際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識(shí)的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0054-2

高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡(jiǎn)要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個(gè)測(cè)速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對(duì)傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的摸索與試驗(yàn)，制作了一個(gè)簡(jiǎn)易磁傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過(guò)程與各位同仁分享。

1 元件性能介紹

1.1 線性霍爾元件

線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時(shí)，靜態(tài)時(shí)輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會(huì)慢慢升高。若另一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出就會(huì)在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。

1.2 電壓比較器

電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路。它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見(jiàn)到它的身影。

圖1所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時(shí)，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。

2 “開(kāi)關(guān)型”霍爾傳感器的制作

2.1 電路圖

用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。

2.2 工作原理

靜態(tài)時(shí)線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時(shí)比較器輸出低電平），此時(shí)比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時(shí)，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點(diǎn)亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為開(kāi)關(guān)特性，稱“開(kāi)關(guān)型霍爾”。

2.3 制 作

元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。

取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。

3 實(shí)際應(yīng)用

如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強(qiáng)磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣上，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

由于開(kāi)關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實(shí)具有一定的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，這使學(xué)生真正體會(huì)到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計(jì)數(shù)器，可用于自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置中。可見(jiàn)，“開(kāi)關(guān)型”磁傳感器在自動(dòng)化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊成偉.用演示實(shí)驗(yàn)突破物理習(xí)題課難點(diǎn)[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.

[2]王鶴新.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：開(kāi)關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過(guò)程和實(shí)際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識(shí)的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0054-2

高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡(jiǎn)要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個(gè)測(cè)速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對(duì)傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的摸索與試驗(yàn)，制作了一個(gè)簡(jiǎn)易磁傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過(guò)程與各位同仁分享。

1 元件性能介紹

1.1 線性霍爾元件

線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時(shí)，靜態(tài)時(shí)輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會(huì)慢慢升高。若另一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出就會(huì)在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。

1.2 電壓比較器

電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路。它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見(jiàn)到它的身影。

圖1所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時(shí)，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。

2 “開(kāi)關(guān)型”霍爾傳感器的制作

2.1 電路圖

用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。

2.2 工作原理

靜態(tài)時(shí)線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時(shí)比較器輸出低電平），此時(shí)比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時(shí)，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點(diǎn)亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為開(kāi)關(guān)特性，稱“開(kāi)關(guān)型霍爾”。

2.3 制 作

元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。

取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。

3 實(shí)際應(yīng)用

如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強(qiáng)磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣上，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

由于開(kāi)關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實(shí)具有一定的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，這使學(xué)生真正體會(huì)到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計(jì)數(shù)器，可用于自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置中。可見(jiàn)，“開(kāi)關(guān)型”磁傳感器在自動(dòng)化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊成偉.用演示實(shí)驗(yàn)突破物理習(xí)題課難點(diǎn)[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.

[2]王鶴新.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：開(kāi)關(guān)型磁傳感器是教材中有廣泛應(yīng)用的重要內(nèi)容之一。本文介紹其工作原理、制作過(guò)程和實(shí)際應(yīng)用方法。是課內(nèi)知識(shí)的延伸，課后習(xí)題的拓展，效果很好的新實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)型；磁傳感器；霍爾元件；轉(zhuǎn)速表

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）12（S）-0054-2

高中物理（人教版）選修3-2第六章第2節(jié)課后習(xí)題中，提到“當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器”，并簡(jiǎn)要介紹了兩種類型的磁傳感器。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)磁傳感器非常感興趣，何不用它做一個(gè)測(cè)速裝置以滿足學(xué)生的好奇心呢？這樣，既可以加深對(duì)傳感器的理解，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的摸索與試驗(yàn)，制作了一個(gè)簡(jiǎn)易磁傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速裝置，現(xiàn)將其制作過(guò)程與各位同仁分享。

1 元件性能介紹

1.1 線性霍爾元件

線性霍爾元件就是用放大電路將霍爾效應(yīng)放大的器件。當(dāng)在其正負(fù)極加上5 V電壓時(shí)，靜態(tài)時(shí)輸出為2.5 V。如果磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上會(huì)慢慢升高。若另一個(gè)磁極慢慢靠近時(shí)，輸出就會(huì)在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢降低。

1.2 電壓比較器

電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路。它將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考固定電壓相比較，在二者幅值相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，在各種電子設(shè)備中常常見(jiàn)到它的身影。

圖1所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器。Ua為參考電壓，加在運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ub加在同相輸入端。當(dāng)Ub>Ua時(shí)，比較器輸出高電平，反之，比較器輸出低電平。

2 “開(kāi)關(guān)型”霍爾傳感器的制作

2.1 電路圖

用線性霍爾元件與電壓比較器結(jié)合，成為一個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾，電路圖如圖2。

2.2 工作原理

靜態(tài)時(shí)線性霍爾輸出為2.5 V，加到電壓比較器LM393一組的同相輸入端，比較器的反相輸入端由電阻R1、R2分壓得到略大于2.5 V的電壓（主要保證靜態(tài)時(shí)比較器輸出低電平），此時(shí)比較器的反相輸入端的電壓略大于同相輸入端的電壓，比較器輸出為高電平。當(dāng)磁鐵的一個(gè)磁極慢慢靠近，輸出在2.5 V的基礎(chǔ)上慢慢升高且大于反相輸入端的電壓時(shí)，比較器輸出躍變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管D1點(diǎn)亮。撤離磁鐵比較器則恢復(fù)高電平，發(fā)光二極管D1熄滅。整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為開(kāi)關(guān)特性，稱“開(kāi)關(guān)型霍爾”。

2.3 制 作

元件的選擇。圖2中，IC1為線性霍爾元件（可以從廢舊的電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速手把中取得）。IC2為比較器LM393。D1為發(fā)光二極管。電阻R1（5.6 K）、R2（4.7 K）、R3（560 Ω）。電容C1（0. 1 μF）。

取一塊大小合適的敷銅板，按電路圖制成線路板，將元件安裝好。

3 實(shí)際應(yīng)用

如圖3所示，在非磁性材料的圓邊上粘一塊小的強(qiáng)磁鐵，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣上，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一脈沖，接上轉(zhuǎn)速表即可測(cè)出轉(zhuǎn)速。

由于開(kāi)關(guān)型磁傳感器性能穩(wěn)定、靈敏度高、成本低廉，除作為教學(xué)演示之外，也確實(shí)具有一定的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，這使學(xué)生真正體會(huì)到“物理源于生活，又回歸生活”。另外，如將轉(zhuǎn)速表改為計(jì)數(shù)器，可用于自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置中?？梢?jiàn)，“開(kāi)關(guān)型”磁傳感器在自動(dòng)化控制中還是有著廣泛應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊成偉.用演示實(shí)驗(yàn)突破物理習(xí)題課難點(diǎn)[J].物理教學(xué)探討，2009，（3）：60.

[2]王鶴新.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新 提升思維能力[J].物理教學(xué)探討，2012，（1）：55.

（欄目編輯 王柏廬）