霍尔传感器工作原理-霍尔传感器电路图.doc

佛山职业技术学院

实训报告

课程名称 传感器及应用
报告内容 霍尔传感器制作与调试
专 业 电气自动化技术
班 级 08152
姓 名 陈红杰
学 号 31

二0一0年六月
佛山职业技术学院

《传感器及应用》
霍尔传感器制作实训报告
班 级
08152
学 号
31
姓 名
陈红杰
时 间
2009-2010第二学期
项目名称
霍尔传感器电路制作与调试
指导老师
张教雄 谢应然

一、实验目的与要求：
1. 对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。
2. 了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。
二、实验仪器、设备与材料：
1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）：

2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。
3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：

霍尔传感器原理图：

霍尔开关电路（霍尔数字电路）， 由三端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119，三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路输出管导通，输出低电平
TL082是一通用的J-FET双运用算放大器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电流，输出没有短路保护，输入级具有较高的输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔元件THS119）

霍尔元件THS119封装图

印刷板：

直流电源输入24V，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN型三极管来串接一个电阻来等效代替。
整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。
因为我们知道，霍尔传感器的PCB板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。

三、实验操作（焊接）：
1.霍尔传感器PCB双层印制电路板的焊接。
2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。

四、实验制作
在这里强调一点就是，实验制作的整个过程可以看作是焊接一个霍尔集成电路起传感作用的电路（需要外加磁场）。
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。
整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。
焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。
比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。
又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。
最后顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。

五、实验心得体会
（1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。
（2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。
（3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。
（4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。
六、实验收获
从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。
在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电路原理图中的精密稳压集成电路。这是一个非常值得学习的实例，设计很巧妙，运用很灵活，接着，就是RT1热敏电阻的设计，与温度补偿的原理大相径庭，形成一个闭环的温度反馈。使得电路在密封的工作环境中能够很好的进行自我调整和保护。这又是一个非常匠心的设计，弥补了外露敞开式设计的不足。
还有就是，THS119的插放位置设计的相当精妙。运用了双层PCB板的优点，和IC引脚与印制电路板之间的距离来严格准确地控制着THS119与塑料外壳之间的距离，使得霍尔传感器探头THS119处于一个指定的位置。
再者，三端稳压管7812的插放焊接很准确，先是插放再折压引脚使其背面紧贴印制板（螺丝孔对准），涂上导热硅脂，这样的设计能更好的为三端稳压管7812散热。
最后，就是电源路径的排放。这个问题是在任何电路上值得参考学习的方案。很明显在PCB板上就看到直流电源24V输入一直愿者印制板的边缘走线。值得一提的是，这样的设计原本就是一个优化问题，再有霍尔传感器探头THS119的控制电流与输入的电流能更好地隔开，这样将整个电路的扰动量尽量减到最小。

七、实验总结
理论到实践的过渡期需要很扎实的设计，元件等各方面的综合知识来实现整个产品的起草到出产。这是很再实际不过的问题，在这里还可以提及到元件参数问题和设计电路的优化问题。
举例说明，在此之前，设计过的电路往往也设计到元件参数的匹配问题，这是一个极其苛刻的问题，丝毫马虎不得。例如选择电阻的类型和瓦数，选用电容的耐压值和种类，还有倘若找不到和电路原理图上所标注的一样的元件，就得想办法巧妙地运用其他元件来等效代替，尽可能的节省制作一个模块所要花的资金。
从设计一个相对理想的电路到制作一个比较理想的产品，其中就是一个综合性和强的工作。哪怕是在任何一个小环节上出了纰漏，后果就是电路不能正常工作，产品宣告失败。这就包括电路设计的全部参数的全方位考虑，又比如电路工作环境当中的温度湿度电磁兼容等等问题都要逐一解决。

学生签名：陈红杰
2010年6月28 日