Принцип датчика холла: Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

Содержание

Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

В статье описаны принципы построения и основные характеристики линейных и логических микросхем датчиков магнитного поля на эффекте Холла. Приведены параметры некоторых промышленных типов этих датчиков и примеры их применения.

Принцип действия датчика Холла

Рис.1 Иллюстация эффекта Холла

Интегральные датчики магнитного поля в своём большинстве используют эффект Холла, открытый американским физиком Эдвином Холлом (E. Hall) в 1879 г. Эффект Холла состоит в следующем. Если проводник с током помещён в магнитное поле, то возникает э.д.с., направленная перпендикулярно и току, и полю. Эффект Холла иллюстрируется на рис.  1. По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I

. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца. Эта сила искривляет траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объёмных зарядов в полупроводниковой пластине. Вследствие этого на краях пластины, параллельных направлению протекания тока, возникает э.д.с., называемая э.д.с. Холла. Эта э.д.с. пропорциональна векторному произведению индукции B на плотность тока j:

Рис.2 Расположение двух элементов Холла на ИМС, компенсирующее ошибку, вызванную механической деформацией кристалла

где d – ширина пластины, q – заряд частицы-носителя, n – концентрация носителей.

При снижении концентрации носителей э.д.с. Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний, арсенид галлия и др. Для прямоугольной пластины с однородными током и магнитным полем, направленными, как показано на рис. 1, эта э.д.с. равна

где kн – постоянная Холла, VS – напряжение, создаваемое на токоподводящих выводах датчика Холла. Для кремния kн составляет величину по рядка 70 мВ/(В•Тл), поэтому, как правило, э.д.с. датчика Холла требуется усиливать. Кремний обладает тензорезистивным эффектом, заключающимся в изменении сопротивления при механических напряжениях. Желательно уменьшить это влияние в датчике Холла. Это достигается соответствующей ориентацией элемента Холла на интегральной схеме и использованием нескольких элементов на кристалле.

На рис. 2 показаны два элемента Холла, расположенные рядом на кристалле ИМС. Они позиционированы так, что испытывают практически одинаковое механическое напряжение, вызывающее изменение R. К элементу, который на рисунке изображён слева, приложено напряжение возбуждения VS, направленное по вертикальной оси, а к изображённому справа – по горизонтальной. При сложении сигналов этих двух датчиков ошибка, вызванная деформацией кристалла, компенсируется.

…дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла

Датчик Холла: принцип работы способы проверки

Приветствую вас друзья на сайте ремонт автомобилей ВАЗ своими руками. Многие из нас уже подзабыли курс физики и не помнят, что такое датчик Холла. Давайте восстанавливать пробелы в знаниях.

Датчик Холла

В чем его суть? К примеру, есть полупроводник, по которому течет электрический ток. Если поперек проводника воздействовать магнитным полем, то образуется другое поле – электрическое (это и есть ЭДС Холла).

Как правило, после воздействия магнитного поля величина напряжения возрастает на 0,5-3,0 Вольта.

Основные виды датчиков Холла

Сегодня можно выделить два основных вида датчиков Холла:

  • Аналоговые.
  • Цифровые.

1. Аналоговые. Их принцип работы заключается в преобразовании индукции поля в напряжение. При этом показания датчика Холла во многом зависит от двух основных параметров – силы поля и его полярности.

Важно учитывать, что существенное влияние на показатели имеет расстояние, на котором смонтировано устройство.

2. Цифровые. Такие устройства способны определять, есть воздействие поля или нет. При достижении индукцией определенного предела фиксирующее устройство выдает логическую «1», а если нет, то «0».

Недостаток таких датчиков заключается в том, что они имеют определенную зону нечувствительности, в которой не способны выполнять свои задачи.

К слову, цифровые ДХ могут быть двух видов – биполярными (контролируют изменение полярности поля), униполярными (срабатывают при появлении полярности, а отключаются при отсутствии или уменьшении индукции).

Как работает датчик Холла?

В чем же заключается принцип работы датчика холла? Здесь все просто. Большинство подобных устройств имеют щелевую конструкцию.

Представьте, что на одной стороне находится полупроводник, по которому течет электрический ток.

С другой стороны установлен магнит (постоянный). При протекании тока по этому проводнику под действием магнитного поля появляется определенная сила. Что дальше?

Если в область магнитного поля установить полупроводник, то на других частях пластины появится разность потенциалов.

Между магнитом и пластинкой есть небольшое расстояние, в котором установлен экран. Задача последнего – объединение линий силового поля. Достаточно убрать экран и разность потенциалов исчезнет.

Какой можно сделать вывод? Пока экран установлен, есть путь для замыкания силовых линий. Эта функция позволила использовать устройство в качестве датчика без привычных контактных групп.

Особенность устройства – в его длительном сроке эксплуатации (в сравнении с похожими по принципу действия приборами).

Особенности применения датчика

Давайте рассмотрим, для чего нужен датчик холла, и где можно использовать его возможности. На сегодня устройство весьма популярно и востребовано.

Датчик активно используется в машиностроении, авиации и, конечно, автомобильной электрике. Основные преимущества устройства – надежность и доступная цена.

Свои лучшие качества датчик Холла проявляется в автомобилях, где устройству приходится работать под действием высоких температур и повышенных вибраций.

При этом задача устройства – контроль положения наиболее ответственных элементов силового узла. Кроме этого, датчик активно применяется в качестве органа, контролирующего направление движения и скорость.

Особенности проверки датчика Холла

Неисправности датчика холла, конечно, бывают, но крайне редко. При этом хороший автолюбитель должен уметь своевременно диагностировать и устранять проблему.

Если проверка подтвердила выход датчика из строя, то лучший выход – его замена.

Но как убедиться, исправен ли датчик, или нуждается в срочной замене. Здесь все просто. Для работы необходим обычный мультиметр.

При его помощи можно проверить, как датчик детонации так и датчик включения вентилятора и различные другие датчики, так что этот прибор просто незаменим.

Если этого прибора у вас нет, можно спаять светодиодный тестер. Необходимо взять пару проводков, светодиод и одно сопротивление на 2 килоома. Дальше все просто.

К одной ножке светодиода припаивается сопротивление. Далее припаивайте провода – ко второй ножке светодиода и ко второму выводу резистора. Вот и все – самодельный тестер готов.

Сама диагностика предельно проста. При наличии мультиметра достаточно завести автомобиль и проверить уровень напряжения на датчике.

Если этот параметр меньше 0,5 В, то устройство неисправно. В случае применения самодельного тестера светодиод должен загореться. Если же этого не произошло, то можно говорить о поломке датчика.

Датчик Холла – это надежное, долговечное и дешевое устройство, которое еще долгие десятилетия будет приносить пользу. Удачи на дорогах и конечно же без поломок.

Датчик Холла — что это такое? Подробное описание и принцип работы

Этот датчик контролирует положение распределительного вала, что нужно для правильного определения необходимого положения механизма газораспределения в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Сигналы, которые выдает этот датчик, попадают в систему управления двигателем и после обработки используются в качестве основы для формирования управляющих команд для систем зажигания и впрыска. Этот датчик работает в связке с датчиком, контролирующим частоту вращения коленчатого вала.

При этом вся работа этого устройства построена на использовании эффекта Холла, откуда собственно и название датчика.

Датчик выдает свои сигналы, основываясь на изменении значений напряжения, которые возникают в полупроводнике в момент изменения пересекающего этот полупроводник магнитного поля. Для создания магнитного поля в датчике размещен постоянный магнит. При этом магнитное поле изменяется в момент замыкания репером специального магнитного зазора. Репер или если проще металлический зуб может быть расположен, либо на задающем диске, который, в свою очередь, закрепляется на валу, либо на зубчатом колесе, которое находится на распределительном валу.

Как только репер проходит около датчика в последнем возникает импульс напряжения, и этот импульс затем попадает в блок управления, где и обрабатывается. Естественно, что чем быстрее вращается распредвал, тем чаще поступает сигнал от датчика. Основываясь на данных этих сигналов, блок управления без проблем просчитывает момент выхода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку такта сжатия и тем самым блок управления определяет время впрыска топлива, и зажигания топливной смеси.

Если двигатель имеет систему изменения газораспределительных фаз, то датчик Холла используют для регулирования работы именно этой системы. В этом случае датчик устанавливают на распредвал как впускного, так и выпускного клапанов.

1 — аккумулятор;
2 — замок зажигания;
3 — свечи зажигания;
4 — двухвыводная катушка зажигания;
5 — вольтметр;
6 — коммутатор;
7 — датчик Холла.

Управление дизельным двигателем


Что касается системы управления дизелем, то там этот датчик работает немного по-другому. Здесь сигналы датчика помогают блоку управления определить, когда и какой цилиндр выйдет в верхнюю мертвую точку в такте сжатия. Благодаря этому можно добиться правильного определения положения распредвала относительно коленчатого вала, и тем самым получаем быстрый пуск и устойчивую работу двигателя на всех режимах.

Для того чтобы реализовать выполнение этой функции конструктивно был несколько изменен задающий диск, который имеет репер для каждого из цилиндров двигателя. Как правило, эти реперы представлены либо набором зубьев, которые расположены на разном расстоянии друг от друга, либо это сегменты, имеющие разную угловую ширину. Например, дизельный, 4-х цилиндровый двигатель Рено Лагуна на своем задающем диске имеет 7-мь зубьев. 4-е зуба являются основными, из расчета по одному на цилиндр и размещаются под углом 90 градусов. Еще 3-и зуба – дополнительные, и используются они, для распознавания цилиндров. Для точного определения цилиндра дополнительные зубья располагают на разных расстояниях от основных зубьев, за счет чего возможно точно определить поршень какого цилиндра и в какой момент времени вышел в ВМТ такта сжатия.

Как проверить исправность датчика холла?

Если датчик Холла перестал выдавать сигнал, т. е. он неисправен, то система управления переключится на работу от датчика частоты вращения коленчатого вала. Двигатель будет работать дальше и даже запустится после остановки.

Холла датчик — Энциклопедия по машиностроению XXL

Холла датчик — магнитоэлектрический полупроводниковый прибор, основанный на использовании эффекта Холла.[c.164]

Холла датчик 1.164 Хонингование — Бруски режущие — Зернистость — Характеристика — Выбор 4.83, 86, 87 — Число, размеры, форма 4.83,  [c.662]

Датчики Холла. Датчики Холла, которые иногда называют преобразователями или генераторами Холла, работают по принципу возникновения ЭДС в результате искривления пути носителей тока в металлах и полупроводниках. В 1879 г. американский физик Эдвин Г. Холл обнаружил, что в плоском проводнике, по которому в продольном направлении идет электрический ток, помещенном в магнитное поле, направление индукции которого перпендикулярно плоскости проводника, возникает разность потенциалов на его узких сторонах в точках Атл. В (рис. 7.3). Эффект Холла объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении заряда в магнитном поле и направленной перпендикулярно векторам движения заряда и индукции магнитного поля.  [c.105]


Измерение и регистрацию сварочного тока можно произвести с помощью датчиков, работающих на основе аффекта Холла. Датчики подключаются к маг-  [c.440]

Предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, пропорциональную скорости движения автомобиля, принцип работы датчика основан на эффекте Холла. Датчик установлен на приводе спидометра коробки передач автомобиля.  [c.161]

В качестве датчиков можно использовать различные устройства в зависимости от вида и величины выходного параметра преобразователя. Датчиками выходного тока выпрямителей служат измерительные трансформаторы постоянного тока или элементы Холла. Датчиками выходного напряжения автономных инверторов тока могут служить выпрямители  [c.42]

Эффект Холла используется для создания датчиков Холла, с помощью которых с большой точностью измеряются магнитные поля.  [c.356]

Кремний применяют для изготовления различных диодов и транзисторов, тиристоров, стабилитронов, фотодиодов, датчиков Холла, тензометров и других полупроводниковых приборов, а также интегральных схем.[c.80]

Технология выращивания монокристаллов соединений разработана гораздо менее полно, чем технология полупроводников типа Л В . Широкозонные полупроводники А»В представляют собой в технологическом отношении трудные объекты, так как обладают высокими температурами плавления и высокими давлениями диссоциации в точке плавления. Выращивание таких материалов в большинстве случаев осуществляется перекристаллизацией предварительно синтезированного соединения через паровую фазу в запаянных кварцевых ампулах. Применяют соединения А В в большинстве случаев для создания промышленных люминофоров, фоторезисторов, высокочувствительных датчиков Холла и приемников далекого инфракрасного излучения.  [c.292]

Инерционность Холл-эффекта определяется максвелловскими временами релаксации, т. е. чрезвычайно мала. Это позволяет применять датчики Холла для измерения высокочастотных магнитных полей, для определения силы тока по величине созданного им магнитного поля и т. п.  [c.270]

Как видно из соотношения (9.24), холловская э. д. с. пропорциональна произведению силы тока, текущего через датчик, на индукцию магнитного поля. Это позволяет использовать эффект Холла для перемножения двух сигналов, что необходимо, например, в измерителях мощности, фазовых детекторах, счетно-решающих устройствах.  [c.270]


В последние годы круг применения датчиков Холла резко расширился, охватив многие области радиотехники и электроники.  [c.270]

Так как в опытах использовались образцы с различными магнитными характеристиками, а в качестве индикаторов полей рассеяния — висмутовая проволочка, индукционная катушка, феррозонды, датчики Холла и т. д. и если учесть еще неизбежное различие в чувствительности вторичной аппаратуры, то станет совершенно очевидным, что в данных условиях возможно лишь качественное сравнение полученных закономерностей. Основные результаты сводятся к следующему.  [c.88]

II] был получен Р. Скоттом. Это устройство может быть использовано для непрерывного контроля магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов в потоке производства. Оно включает (рис. 1,г) два подковообразных электромагнита 1, расположенных симметрично по обе стороны контролируемого материала 5. На центральной части сердечников электромагнитов помещаются обмотки возбуждения 2 и эталонные 3, а на торцах — измерительные 4 (или датчики Холла), в которых индуцируется сигнал в соответствии с магнитным сопротивлением в зазоре между сердечниками, т. е. в соответствии с магнитными свойствами контролируемого материала. Первичные обмотки 2 соединены так, что создаваемые электромагнитами 1 потоки направлены навстречу друг другу сигналы эталонных обмоток S суммируются. Аналогично соединены и измерительные обмотки 4. Эталонные и измерительные обмотки соединены через автотрансформатор, чтобы при отсутствии в зазоре между сердечниками электромагнитов контролируемого материала сигнал с измерительных обмоток компенсировался сигналом с эталонных и результирующий сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство, равнялся нулю.[c.64]

Холла аффект Датчик Холла 4  [c.47]

Магнитное поле датчика создается постоянным магнитом 1, а прерывание магнитного поля осуществляется ротором 2 с прорезями, укрепленным на валике распределителя. При прохождении прорези ротора около постоянного магнита силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность элемента Холла 3,  [c.32]

Кремний является основным материалом для производства полупроводниковых приборов выпрямительных, мощных и маломощных биполярных транзисторов, полевых транзисторов и приборов с зарядовой связью. Кремний применяют также для создания детекторов ядерных излучений, датчиков Холла и тензодатчиков. Достаточно большое значение ширины запрещенной зоны позволяет кремниевым приборам работать при температурах до 180…200 С.  [c.379]

ХОЛЛА ДАТЧИК — полупроводниковый прибор, преобразующий на основе Холла эффекта индукцию внеш. магн. поля в электрич. напряжение. Представляет собой тонкую пластинку (или плёнку) полупроводника (напр., Si, Ge, GaAs, InSb), укреплённую (напылённую) на прочной подложке из диэлектрика (слюды, керамики, феррита), с четырьмя электродами для подведения тока и съёма эдс Холла (Fx).  [c.413]

X. э.—один из наиболее эфф. методов изучения эиерге-тич. спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей заряда и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в полупроводниках. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. Магнитометры), а также для усиления пост, токов, в аналоговых вычислит, машинах, в измерит, технике и др. (Холла датчик).  [c.414]

Датчик 13 — бесконтактный микроэлектронный, использующий эффект Холла. Датчик состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластиньи и интегральной микросхемы.  [c.75]

Характеристики метрологические нормируемые 133 Химико-аиалитнческие методы контроля 385-387 Хладагент жидкий 217 -твердый 216 Холла датчик 52  [c. 461]

Германий применяется для и,чгоговления диодов различных типов, транзисторов, датчиков ЭДС Холла, тензодатчиков, Оптиче-ческие свойства германия позволяют его использовать для изготовления фотодиодов и фототранзисторов, модуляторов света, оптических фильтров, а также счетчиков ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от — 60 до 4-70 °С,  [c.285]


Из кремния изготавляются различные типы полупроводниковых диодов низкочастотные (высокочастотные), маломощные (мощные), полевые транзисторы стабилитроны тиристоры. Широкое применение в технике нашли кремниевые фотопреобразователь-ные приборы фотодиоды, фототранзисторы, фотоэлементы солнечных батарей. Подобно германию, кремний используется для изготовления датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений.  [c.288]

Арсенид галлия среди соединений А » В занимает особое положение. Большая ширина запрещенной зоны (1,4 эВ), высокая подвижность электронов [0,85 м /(В-с)] позволяют создавать на его основе приборы, работающие при высоких температурах и высоких частотах. Первым полупроводником являлся GaAs, на котором в 1962 г. был создан инжекционный лазер. Он используется для изготовления светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Для изготовления детекторов в инфракрасной области спектра, датчиков Холла, термоэлектрических генераторов, тензометров применяется анти-монид индия, имеющий очень малую ширину запрещенной зоны  [c.291]

Антимонид индия применяют для изготовления фотоэлементов высокой чувствительности (основанных на использовании различных видов фотоэффекта), датчиков ЭДС Холла и оптических фильтров. Кроме того, InSb используют для термоэлектрических генераторов и холодильников.  [c.263]

Бурное развитие электроники п фотоэлектроники в последнее десятилетие значительно расширило диапазон средств измерительной техники в теории машин. В последние годы техника, связанная с экспериментальными исследованиями машин, развивается за счет новых свойств полупроводников и диэлектриков, обладающих чувствительностью, в десятки раз превышающей чувствительность обычных тензодатчиков, что упростило и облегчило решение многих задач экспериментального исследования машин. Наряду с полупроводниками в последние годы в измерительную технику вошли диэлектрики, датчики, основанные на эффекте Холла, электрокинема тические датчики и другие средства измерения, основанные на достижениях современной физики, химии и электроники.  [c.32]

Н 01 L 39/22) Доплера G 01 S (для контроля движения дорожного транспорта (13, 15, 17)/00 в радарных системах 1>152-2>15А)-, Зеебека, в термоэлектрических приборах Н 01 L 35/(28-32) Керра (для модуляции светового пучка в электроизмерительных приборах G 01 R 13/40 для управления (лазерами Н 01 S 3/107 световыми лучами G 02 F 1/03-1/07)) Лэнда, в цветной фотографии G 03 В 33/02 Мейснера, в электрических генераторах Н 02 N 15/04 Мессбауэра, в устройствах для управления излучением или частицами G 21 К 1/12 Нернста—Эттингхаузена, в термомагнитных приборах 37/00 Овшинского, в приборах на твердом теле 45/00 Пельтье, в охладительных устройствах (полупроводниковых приборов 23/38 в термоэлектрических приборах 35/28)) Н 01 L Поккелса, для управления лазерами (Н 01 S 3/107 световыми лучами G 02 F 1/03-1/07) Рамона, в лазерной технике Н 01 S 3/30 Фарадея, для управления световыми лучами G 02 F 1/09 Холла датчиках-преобразователях устройств электроискрового зажигания F 02 Р 7/07 Н 03 (в демодуляторах D 3/14 в приборах с амплитудной модуляцией С 1/48) для измерения G 01 R (напряженности магнитных полей или магнитных потоков 33/06 электрической мощности 21/08) для считывания знаков механических счетчиков G 06 М 1/274 в цифровых накопителях информации G 11 С 11/18)] использование Эхолоты G 01 S 15/00  [c.223]

Методы магн. Д. используются также для измерения толщины защитных покрытий на изделиях из ферромаш. материалов. Приборы для этих целей основаны либо на пондеромоторном действии в этом случае измеряется сила притяжения (отрыва) пост, магнита или электромагнита от поверхности изделия, к к-рой он прижат, либо на измерении напряжённости магн. поля (с помощью датчиков Холла, феррозондов) в магнитопроводе электромагнита, установленного на этой поверхности. Толщиномеры позволяют производить измерения в широком диапазоне толщин покрытий (до сотен мкм) с погрешностью, не превышающей 1 — 10 мкм.  [c.593]

На уникальных свойствах Н. к. основаны их применения. Сконструирован ряд приборов (миниатюрные термометры, тензодатчики и датчики Холла, дозииетрич.  [c.358]

На отечественных автомобилях семейства ВАЗ получили распространение электронные системы зажигания с бесконтактным псшупроводниковым управлением. Работа полупроводникового датчика основана на использовании гальваномагнит-ного эффекта Холла. Этот эффект наблюдается у элемента Холла, который представляет собой тонкую пластинку с четырьмя электродами (рис.2.6), выполненную из полупроводникового материала.  [c.32]

Так как сигнал с элемеш а Холла невелик, зависит от силы тока (напряжения питания) и температуры, полупроводниковый датчик (рис. 2.7 содержит, кроме элемента Холла 3, стабилизатор напряжения 7, усилитель 4, формирователь сигнала 5, выходной транзистор 6. Все элементы размещены в одной микросхеме.  [c.32]

Известно около 1000 простых и сложных полупроводников. Многие из них используются для изготовления различных электронных приборов и микросхем, СВЧ-геиераторов, фото-чувствительных и преобразовательных приборов, лазеров, термисторов, термоэлементов, тензочувствительных элементов, датчиков Холла и др.  [c.569]

Сложные полупроводники типа AHIBV используются для изготовления диодов, транзисторов, сверхвысокочастотных приборов на основе эффекта Гана, модуляторов инфракрасного излучения, приемников излучения, солнечных батареи, лазеров, датчиков Холла, магниторезисторов и других приборов.  [c.576]


На основе германия выпускаются выпрямительные плоскостные диоды на прямые токи от 0,3 до 1000 А при падении напряжения не более 0,5 В лавинно-пролетные и туннельные диоды, варикапы, точечные высокочастотные, импульсные и СВЧ-диоды и сплавные биполярные транзисторы. Германий применяют для изготовления датчиков Холла и других магниточувствительных приборов, фототранзисторов и фотодиодов, оптических линз с большой светосилой (для инфракрасных лучей), оптических фильтров, модуляторов света и корютких радиоволн, а также счетчиков ядерных частиц.  [c.336]

Измерение напряженности магнитного поля с использованием эффекта Холла [32]. В качестве материалов для датчиков Холла используются полупроводники, обладающие большой подвижностью носителей тока (Те. В1, Не, HgTe, 1пАз, 1п8Ь).  [c.307]

С ПОМОЩЬЮ нормального элемента НЭ, батареи Б и гальванометра Г реостатом Я устанавливается рабочий ток потенциометра. Реостатом 2 производится установка нуля в отсутствие магнитного поля. Для повышения точности измерений в приборе установлена схема термостатирования датчика Холла. Температура поддерживается с точностью 0,25 °С. Приведенную схему можно применять и для измерения переменного поля промышленной или звуковой частоты. Для этого на датчик О подается ток такой же частоты, как и иссдедуемое поле. Во избежание сдвига фаз между током и полем в цепь включают реактивное сопротивление.  [c.308]

Измерение напряженности магнитного полЛ с использованием эффект.а Холла. Э. д. с. Холла пропорциональна напряженности магнитного юля, пронизываю1цего датчик, при постоянной величине тока, проходящего через него. На рис. 9.46 приведена прин-mmHajOjuaH схема установки для измерения напряженности поля.  [c.96]


Датчики холла в автомобиле

Уникальный магнитоэлектрический датчик получил свое имя от известного физика, который в 1879 году открыл важное гальваномагнитное явление. Звали его Э. Холл, потому и датчик назвали «Датчик Холла». Еще в начале 70-х годов в зарубежье уже довольно широко применялись бесконтактные клавишные переключатели за основу которых был взят принцип Холла. 

К достоинствам данного переключателя можно отнести долговечность и высокую надежность, а также небольшие размеры. Недостатком датчиков Холла является высокая стоимость и постоянное потребление электроэнергии. Недостатки можно считать не весомыми, ведь датчик, физика Холла, прекрасно зарекомендовал себя и получил широкое применение и большую популярность. 

Если воздействовать магнитным полем на полупроводник, по которому протекает ток, то в нем появляется ЭДС Холла (поперечная резкость потенциалов). Появившаяся поперечная ЭДС сможет иметь напряжение всего на 3 В. меньше, чем напряжение самого питания. Переезд на японских автомобилях стал более комфортным с появлением этого датчика. 

Для примера можно взять полупроводниковую пластинку 5х5 мм. Пропускаем ток по пластинке двумя параллельными сторонами и одновременно с этим подносим постоянной магнит, затем подсоединяем провода к двум оставшимся сторонам квадрата. В результате получается генератор Холла. Для получения импульсного генератора Холла нужно поместить между полупроводниками и магнитом перемещающийся экран. 

Датчик Холла построен по принципу щелевой конструкции. С одной стороны щели находится постоянный магнит, а с другой полупроводник, по которому идет ток при включенном зажигании. В щели датчика находится еще и цилиндрический стальной экран, имеющий прорези. Магнитный поток способен воздействовать на полупроводник с током, который протекает по нему. Происходит это тогда, когда экран вращается, а его прорези проникают в щели датчика. После всего этого, управляющие импульсы датчика Холла попадают в коммутатор, где происходит преобразование в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Датчик Холла пригодится, если нужна перевозка груза, это просто и удобно. 

Осуществлять проверку датчика Холла лучше всего заменив его на заведомо рабочий, но также можно попробовать воспользоваться самым обычным вольтметром. Вольтметр у исправно работающего датчика Холла должен быть подключен к выходу датчика и включен на измерение постоянного напряжения. В этом случае датчик-распределитель по мере вращения вала должен показывать движения от 0,4, до отметки, отличающейся от обычного напряжения питания не больше чем на 3 В.

Датчик помещается напрямик на статор двигателя авто и используется в качестве ДПР. Датчик положения ротора выполняет взаимосвязь по определению положения ротора, дополнительно несет функцию, словно коллектор в коллекторном ДПТ.


5 последних статей

Что в машине нужно поменять сразу после покупки? Какие расходники лучше сразу купить?
Эффективная работа системы охлаждения двигателя продлит срок службы автомобиля
Подведен итог 5-го Уральского форума
Причины падения мощности и приемистости турбированных двигателей
Ломаные шатуны. Брак производителя или техническая хитрость?

Принцип эффекта Холла — история, объяснение теории, математические выражения и приложения

Принцип эффекта Холла — одна из самых популярных теорий в измерении магнитного поля. В этом посте будет обсуждаться принцип эффекта Холла, его история, объяснение теории, приложения и математические выражения принципа эффекта Холла, включая расчеты напряжения Холла, коэффициента Холла, концентрации носителей заряда, холловской подвижности и плотности магнитного поля.

Принцип эффекта Холла объясняет поведение носителей заряда при воздействии электричества и магнитных полей.Этот принцип можно рассматривать как расширение силы Лоренца, которая представляет собой силу, действующую на носители заряда (электроны и дырки), проходящие через магнитное поле.

Датчики, работающие на этом принципе, называются датчиками Холла. Эти датчики на эффекте Холла пользуются большим спросом и находят очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. Д.

История эффекта Холла

Принцип эффекта Холла был назван в честь американского физика Эдвина. ЧАС.Холл (1855–1938). Он был впервые представлен миру в 1879 г. перпендикулярно магнитному полю создается напряжение, которое можно измерить под прямым углом к ​​пути тока. В то время считалось, что электрический ток в проводе чем-то похож на текущую жидкость в трубе.

Принцип эффекта Холла предполагает, что магнитная сила в токе приводит к скоплению на конце трубы или (провода). Электромагнитный принцип теперь еще лучше объяснил науку, лежащую в основе эффекта Холла, с гораздо большей оценкой. Теория Холла определенно опередила свое время. Только два десятилетия спустя, с появлением полупроводников, работа и использование эффекта Холла были эффективно использованы.

Первоначально этот принцип использовался для классификации химических проб.Позже датчики на эффекте Холла (с использованием полупроводниковых соединений арсенида индия) стали источником для измерения постоянного или статического магнитного поля без удержания датчика в движении. Спустя десятилетие в 1960-х годах появились полупроводники на основе кремния. Это было время, когда элементы Холла были объединены со встроенными усилителями, и поэтому миру был представлен переключатель Холла.

Рис. 2 — Принцип эффекта Холла — ток, текущий через пластину

Принцип эффекта Холла

Принцип эффекта Холла гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно было измерить под прямым углом к ​​пути тока.

Эффект получения измеримого напряжения, как было сказано выше, называется эффектом Холла.

Теория, лежащая в основе принципа эффекта Холла

Прежде всего, мы должны понять, что на самом деле представляет собой электрический ток. Электрический ток — это в основном поток заряженных частиц по проводящему пути. Эти заряженные частицы могут быть «отрицательно заряженными электронами» или даже «положительно заряженными дырами» (пустотами там, где должны находиться электроны). Теперь перейдем к теме.

Если мы возьмем тонкую проводящую пластину (как показано выше на рис. 1 и повторено ниже для удобства чтения) и подключим ее в цепь с батареей (источником напряжения), то по ней начнет течь ток.Носители заряда будут течь по прямой линии от одного конца пластины к другому.

Рис. 2 — Принцип эффекта Холла — ток, текущий через пластину

Когда носители заряда находятся в движении, они создают магнитное поле. Теперь, когда вы поместите магнит рядом с пластиной, его магнитное поле будет искажать магнитное поле носителей заряда. Это нарушит прямой поток носителей заряда. Сила, которая нарушает направление потока носителей заряда, известна как сила Лоренца.

Из-за искажения магнитного поля носителей заряда отрицательно заряженные электроны будут отклоняться в одну сторону пластины, а положительно заряженные дырки — в другую. Вот почему между обеими сторонами пластины возникает разность потенциалов (также называемая напряжением Холла), которую можно измерить с помощью измерителя.

Рис. 3 — Принцип эффекта Холла — отклонение электронов и дырок

Этот эффект известен как эффект Холла.Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее будут отклоняться электроны. Это означает, что чем выше ток, тем сильнее будут отклоняться электроны. И чем больше будут отклоняться электроны, тем больше будет наблюдаться разность потенциалов между обеими сторонами пластины. Следовательно, мы можем сказать, что:

  • Напряжение Холла прямо пропорционально электрическому току, а
  • Напряжение Холла прямо пропорционально приложенному магнитному полю.

Математические выражения для принципа эффекта Холла

Вот некоторые математические выражения, которые широко используются в вычислениях эффекта Холла: —

Напряжение Холла

Напряжение Холла представлено как V H .Математическое выражение для напряжения Холла: —

Где:

I — Ток, протекающий через датчик

B — Напряженность магнитного поля

q — Заряд

n — количество носителей заряда на единицу объема

d — Толщина сенсора

Коэффициент Холла

Представляется R H . Математическое выражение для коэффициента Холла (R H ): 1 / (qn) .Коэффициент Холла (R H ) положительный, если количество дырок с положительным зарядом больше, чем количество электронов с отрицательным зарядом. Точно так же коэффициент Холла (RH) отрицателен, если количество электронов с отрицательным зарядом больше, чем количество дырок с положительным зарядом.

Концентрация носителей заряда

Концентрация носителей заряда в электронах обозначается буквой «n», а дырки — буквой «p». Математическое выражение для концентрации носителей заряда: —

Холловская подвижность

Холловская подвижность для электронов представлена ​​как « μ n », а для дырок — « μ p ».Математическое выражение для подвижности Холла: —

Где:

μ n — Проводимость, обусловленная электронами

μ p — Проводимость, обусловленная отверстиями

Плотность магнитного потока

Плотность магнитного потока обозначается буквой «B». Математическое выражение для плотности магнитного потока: —

Применение принципа эффекта Холла

Принцип эффекта Холла используется в: —

  • Оборудование для измерения магнитного поля.
  • Приложения умножителя для фактического умножения.
  • Измерительный щуп на эффекте Холла для измерения постоянного тока.
  • Измерение фазового угла. Например — при измерении углового положения коленчатого вала для точного совмещения с углом зажигания свечей зажигания.
  • Датчики линейных или угловых перемещений. Например — для определения положения автомобильных сидений и ремней безопасности и выполнения функции блокировки для управления подушками безопасности.
  • Датчики приближения.
  • Датчики и датчики на эффекте Холла
  • Для определения скорости вращения колес и, соответственно, помощи антиблокировочной тормозной системе (ABS).

Как с помощью эффекта Холла определить тип используемого полупроводника?

Коэффициент Холла говорит обо всем. Если коэффициент Холла отрицательный, это означает, что основными носителями заряда являются электроны. И поскольку количество электронов больше по сравнению с дырками в полупроводниках n-типа, это ясно указывает на то, что тестируемый полупроводник относится к n-типу.Точно так же, если коэффициент Холла положительный, это означает, что большинство носителей заряда являются дырками. И поскольку количество отверстий больше по сравнению с электронами в полупроводниках p-типа, это ясно указывает на то, что тестируемый полупроводник относится к p-типу.

Также прочтите, что такое клещи (клещи-тестеры) — типы, принцип работы и правила эксплуатации.

Анимация принципа работы датчика Холла

Датчик Холла — это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле.Датчики на эффекте Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

Рис. Колесо с двумя магнитами, проходящими мимо датчика Холла

В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение. Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Часто датчик Холла сочетается со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом (вкл. / Выкл.) Режиме, и в этой конфигурации его можно назвать переключателем.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Зонд Холла содержит кристалл полупроводника соединения индия, такого как антимонид индия, установленный на алюминиевой опорной пластине и заключенный в головку зонда.

Когда зонд Холла удерживается так, чтобы силовые линии магнитного поля проходили под прямым углом через сенсор зонда, сенсор показывает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла».Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле. Создаваемое напряжение на эффекте Холла указывает на то, что магнитный объект прошел вокруг него. Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.

Также читайте: Анимация бесконтактного переключателя

ПРЕИМУЩЕСТВА

Датчик на эффекте Холла может работать как электронный переключатель.

  • Такой переключатель стоит дешевле механического переключателя и намного надежнее.
  • Может работать на частоте до 100 кГц.
  • Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
  • На него не повлияют загрязнения окружающей среды, так как датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.

В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:

  • может измерять широкий диапазон магнитных полей
  • Модель
  • может измерять магнитные поля как северного, так и южного полюса.
  • может быть плоским

НЕДОСТАТКИ

Датчики

на эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления.Кроме того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.

ПРИМЕНЕНИЕ

Определение положения

Обнаружение присутствия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения). Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны

используют датчики холла, чтобы определить, закрыта ли флип-крышка.

Трансформаторы постоянного тока
Датчики на эффекте Холла

могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.

Автомобильный указатель уровня топлива

Датчик Холла используется в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Основной принцип работы такого индикатора — определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.

  • В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта. Токоведущий провод закреплен на верхней части резервуара на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к более высокому напряжению Холла. По мере того, как уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также будет уменьшаться. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
  • В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеренная сила поля напрямую зависит от угла поворота рычага и, следовательно, от уровня топливного бака.

Что такое датчик эффекта Холла? — Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения

Определение: Датчик эффекта Холла представляет собой твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние, когда его вводят в магнитное поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. Когда магнитное поле на полупроводниковой пластине изменяется, плотность магнитного потока также изменяется, из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.

Принцип датчика Холла

Датчик Холла работает по принципу эффекта Холла .

Согласно эффекту Холла, когда полупроводниковая пластина помещается в магнитное поле, при условии, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны оси полупроводникового образца и ток проходит вдоль оси полупроводникового образца, то на носители заряда полупроводникового прибора действует магнитная сила. .

Из-за этой магнитной силы они сдвигаются в сторону i.е по направлению к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле из-за скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение изменяется с изменением магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.

Датчики

на эффекте Холла используют это явление эффекта Холла для измерения фундаментальных величин, таких как положение, скорость, полярность и т. Д. Два ключевых термина, связанных с магнитным полем, — это плотность магнитного потока и полярность (Северный полюс и Южный полюс).Датчики на эффекте Холла используют эти термины для определения чувствительности.

Выходное напряжение, создаваемое датчиком, напрямую зависит от плотности магнитного потока. Таким образом, если магнитное поле на датчике изменяется, выходной сигнал эффекта Холла также изменяется. Таким образом, он обеспечивает операцию зондирования.

Датчик эффекта Холла и магнитный датчик

Вы, должно быть, думаете, что магнитный датчик тоже делает то же самое. Итак, можем ли мы связать датчик Холла с магнитным датчиком? Да, датчик Холла — это только тип магнитного датчика.Магнитные датчики также определяют положение и скорость с помощью изменения плотности магнитного потока.

Принципиальная схема переключателя на эффекте Холла с датчиком на эффекте Холла

Выходное напряжение, создаваемое датчиком на эффекте Холла, очень мало. Даже при большой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение невелико. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения используются также регуляторы и схемы переключения.

Датчик на эффекте Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выходной сигнал i.е. Цифровой выход. Напряжение Холла изменяется линейно с напряженностью магнитного поля H в случае линейного выхода.

Изменение выходного напряжения в зависимости от плотности магнитного потока показано на диаграмме ниже.

Датчик Холла с линейным и цифровым выходом

Выше мы обсуждали, что линейные аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, которое изменяется с изменением плотности магнитного потока приложенного магнитного поля. По прошествии определенного времени значение выходного напряжения становится постоянным со значением плотности магнитного потока.Таким образом, достигается стадия насыщения.

На этой стадии насыщения выходное напряжение не будет больше увеличиваться с увеличением плотности магнитного потока. Он становится насыщенным. Выходное напряжение будет низким, если напряженность магнитного поля низкая, и выходное напряжение будет высоким, если напряженность магнитного поля высокая.

В случае Цифровой выход датчика Холла выход будет состоять только из двух ступеней, то есть ВКЛ и ВЫКЛ. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется в координации с OP-AMP (т.е.е. Операционный усилитель), который формирует встроенный гистерезис. Вследствие этого отсутствуют колебания выходного напряжения.

Датчики Холла с цифровым выходом

бывают двух типов: , биполярный, и униполярный, . Bipolar использует магнитное поле положительной полярности, то есть южный полюс, для активации датчика и отрицательный полюс, то есть северный полюс, для деактивации датчика. Напротив, однополярный датчик на эффекте Холла с цифровым выходом использует только положительный полюс, то есть южный полюс, как для активации, так и для деактивации датчика Холла.

Типы обнаружения датчиком Холла

  1. Конфигурация обнаружения в лоб: При обнаружении в лоб магнит движется вперед к лицевой стороне датчика Холла. Магнитное поле перпендикулярно активной области элемента Холла. Эта конфигурация датчиков Холла генерирует выходное напряжение в соответствии с силой магнитного поля.

Он позволяет нам определять напряженность магнитного поля и плотность магнитного потока на определенном расстоянии от датчика Холла.

  1. Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается рядом с активной областью датчика Холла .
  2. Обнаружение положения: Конфигурация обнаружения положения на эффекте Холла показана на диаграммах ниже. Здесь используется светодиод, мы также можем использовать транзистор, если выходной сигнал, генерируемый датчиком эффекта Холла, должен использоваться для процесса переключения более высокой нагрузки.

Применение датчика Холла

Датчики на эффекте Холла используются для определения положения, поэтому они часто используются как датчики приближения . Их также можно использовать в приложении, в котором мы используем оптические и световые датчики. Датчики на эффекте Холла лучше использовать, потому что оптические датчики и света могут быть подвержены влиянию условий окружающей среды, в то время как датчики эффекта Холла также могут эффективно работать в пыли, воздухе или других внешних факторах окружающей среды.

Датчики на эффекте Холла | Аллегро Микросистемс

Датчики на эффекте Холла

Автор: Шон Милано, Allegro MicroSystems

Скачать PDF, версия

Аннотация

Allegro MicroSystems — мировой лидер в разработке, производстве и маркетинге высокопроизводительных интегральных схем датчика Холла.Эта статья дает общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro разрабатывает и реализует технологию Холла в корпусных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на токопроводящей проводящей пластине, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, как показано на нижнем рисунке. панель рисунка 1.

Фундаментальным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца, которая проиллюстрирована на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном приложенному магнитному полю, B, он испытывает силу F , сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к току.

Рис. 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B обозначают магнитное поле, проходящее перпендикулярно проводящей пластине.

В ответ на эту силу электроны движутся по изогнутой траектории вдоль проводника, и на пластине возникает общий заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V H пропорционально напряженности приложенного поля, и что полярность V H определяется направлением, северным или южным, от приложенное магнитное поле. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

  • V H — напряжение Холла на проводящей пластине,
  • I — ток, проходящий через пластину,
  • q — величина заряда носителей заряда,
  • ρn — количество носителей заряда в единице объема, а
  • т — толщина листа.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла применяется как к проводящим пластинам, так и к полупроводниковым пластинам.Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем с эффектом Холла для множества различных приложений.

Переключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включает выходной транзистор и соединяет выход с GND, действуя как устройство с активным низким уровнем.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается сокращенно B OP .Когда поле убирается, выходной транзистор выключается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания, или B RP . Разница между B OP и B RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга переключения из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются с помощью южного полюса (B OP ) и выключаются с помощью северного полюса (B RP ).Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «фиксируют» вывод в текущем состоянии до тех пор, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для определения вращающихся магнитов для переключения двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства имеют аналоговый выход и используются для определения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали газа. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое при отсутствии поля номинально составляет В CC /2.При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент переключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных применений. См. Руководства по выбору продукции Allegro: ИС магнитных датчиков линейного и углового положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Интегральные схемы (IC) Allegro с эффектом Холла

используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания магнитно-активируемых переключателей и аналоговых выходных устройств.Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рисунке 2, может использоваться для определения наличия или отсутствия магнита и реагировать с помощью цифрового выхода.

Рисунок 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы — это электронные структуры с большим количеством элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемые как единый блок. Элементы схемы включают в себя активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Эти компоненты соединены между собой металлом, обычно алюминием, для создания более сложных операционных усилителей и компараторов устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются во всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратной рамки с буквой «X». Его выходной сигнал усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит ИС Холла с двумя элементами Холла для измерения дифференциальных магнитных полей и даже тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей.Какой бы сложной ни была топология сенсора, все компоненты изготавливаются на тонкой подложке из полупроводникового материала и на ней.

Конструкция ИС Холла

Устройства Allegro производятся на кремниевых подложках путем легирования непосредственно в кремний различными материалами для создания областей носителей n-типа (электроны) или p-типа (электронные дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрические формы, которые составляют активный и пассивный компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены вместе путем нанесения металла на геометрические формы.Таким образом, активный и пассивный компоненты электрически соединены друг с другом. Поскольку требуемые геометрические размеры очень малы, в диапазоне микрон, а иногда и меньше, плотность схемы чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы.На рисунке 3 показано, как элемент Холла интегрирован в Allegro IC. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рисунок 3. Поперечное сечение одиночного элемента Холла; эпи-резистор N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток протекает от одного угла пластины к противоположному углу, напряжение Холла будет развиваться через два других угла пластины в присутствии перпендикулярного магнитного поля.Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы образуют активные компоненты, такие как структуры транзисторов NPN или NMOS. На рисунке 4 показаны поперечные сечения как NPN-, так и PMOS-транзисторов.

Рис. 4. Поперечные сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n NPN (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются в подложке, пока она еще находится в форме большой пластины. Цепи повторяются в виде ряда строк и столбцов, которые можно распилить на отдельные кристаллы или «чипы», как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Кремниевая пластина, пропиленная в кристалле после нанесения схемы IC

Единственное устройство на ИС с датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть. в виде красного квадрата в середине микросхемы, а также схемы усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рис. 6. Микросхема Single Hall IC

Упаковка для устройств Холла

После распиливания рядов и столбцов кремниевых пластин на отдельные кристаллы, кристаллы упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый корпус, один из многих возможных стилей, показан на рис. 7. Кристалл виден внутри корпуса, установленный на медной матрице. Контакт с медными выводами осуществляется посредством золотой проволоки, соединяющей металлические контактные площадки на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса.Затем упаковку инкапсулируют или формуют поверх пластика, чтобы защитить матрицу от повреждений.

Рис. 7. Типичный полный комплект устройства Холла, показывающий смонтированную матрицу и проводные соединения с выводами.

Корпус, показанный на рисунке 7, представляет собой простой переключатель, показанный на рисунке 2, с VCC, GND и выходными выводами в миниатюрном 3-контактном однорядном корпусе (SIP). Другие пакеты можно увидеть на рисунке 8 и включают в себя масштабный пакет микросхемы на уровне пластины (CSP), SOT23W, MLP, 3-контактный UA-корпус SIP и 4-контактный K-корпус SIP.

Рис. 8. Типичные полные комплекты устройств Холла: (A) MLP для поверхностного монтажа и (B) SOT23W, (C) пакет масштабирования кристалла на уровне пластины (CSP) и монтаж в сквозное отверстие (D) K типа SIP, и (E) UA типа SIP.

AN296065

Что такое ИС на эффекте Холла?

  1. Что такое эффект Холла IC
  2. Принципы работы ИС на эффекте Холла
  3. Конфигурация ИС на эффекте Холла
  4. Типы ИС на эффекте Холла
  5. Методы обнаружения эффекта Холла IC
  6. Как выбрать подходящий эффект Холла IC

IC

на эффекте Холла ABLIC

Что такое эффект Холла IC

Элементы Холла

являются показательным примером среди различных типов магнитных датчиков, в которых используются полупроводники.Элементы Холла — это датчики, использующие гальваномагнитный эффект, называемый эффектом Холла. На элементе Холла можно получить очень небольшое напряжение, поэтому для таких элементов обычно требуются усилители, такие как операционные усилители. Поскольку ИС на эффекте Холла сочетает в себе элемент Холла и операционный усилитель, количество подключаемых извне компонентов может быть уменьшено, а конструкция схемы может быть упрощена.

Можно различить магнитные полюса с помощью единственной ИС на эффекте Холла. Такие ИС используются для самых разных целей, включая общее и автомобильное.Основные цели обнаружения ИС на эффекте Холла включают обнаружение вращения, обнаружение положения, обнаружение открытия / закрытия, обнаружение тока, обнаружение направления и многие другие. ИС общего назначения на эффекте Холла используются в широком спектре продуктов, от крупной бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до мобильных телефонов. ИС автомобильного назначения, естественно, используются для определения того, открыты или закрыты окна и двери, но многие ИС с эффектом Холла также используются для таких целей, как определение высоты транспортного средства, скорости и количества оборотов двигателя.

Принципы работы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла содержит элемент Холла. Ток протекает через этот элемент, и, когда магнитное поле (от магнита), перпендикулярное направлению тока, приближается к элементу, носитель, который ведет ток, подвергается воздействию силы Лоренца. Сила Лоренца приводит к генерации напряжения (напряжения Холла) в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю (эффект Холла). ИС на эффекте Холла обнаруживает наличие магнитного поля (от магнита), обнаруживая это напряжение.Выходное напряжение увеличивается прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Согласно правилу левой руки Флеминга, направление перпендикулярного напряжения (напряжение Холла) изменяется в зависимости от направления магнитного поля (северный или южный полюс). Следовательно, ИС на эффекте Холла может обнаруживать не только наличие магнитного поля, но и направление поля (северный или южный полюс) на основе направления этого напряжения.

Рисунок 1 Принципы работы элемента Холла

Конфигурация ИС на эффекте Холла

Переключатель Холла IC усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла и выдает сигнал путем обработки сигналов внутри ИС в зависимости от плотности магнитного потока.

Существует два типа ИС на эффекте Холла. Один — это высокоскоростной тип работы для обнаружения вращения двигателей и т. Д., А другой — тип с низким потреблением тока для оборудования с батарейным питанием.
Ниже, в таблице 1 и на рисунке 2 показана внутренняя конфигурация ИС на эффекте Холла с низким потреблением тока.

Таблица 1 Конфигурация ИС на эффекте Холла
Блок Описание
Элемент Холла Обнаруживает магнитное поле (от магнита) и выдает напряжение (напряжение Холла).
Прерывистый усилитель Усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла.
Контур сна / бодрствования Это контролирует работу и бездействие, осуществляя периодическое управление.
Компаратор с гистерезисом
(схема сравнения)
Они управляют выходом и выводят сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от плотности магнитного потока.
Выходной инвертор
(или N-канальный транзистор)
Рисунок 2 Блок-схема ИС на эффекте Холла (серия S-5712, выходной сигнал КМОП)

Типы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла, использующие различные методы обнаружения, могут быть выбраны в зависимости от назначения.В этой главе описаны типичные типы микросхем Hal.

Существует два основных типа ИС на эффекте Холла: линейный тип выхода (тип аналогового выхода, тип цифрового выхода), который используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля, и тип переключения (цифровой выход). type), который используется для получения сигнала включения / выключения. Все микросхемы на эффекте Холла серий S-5711A и S-5712 представляют собой ИС переключаемого типа с гистерезисными характеристиками, к которым были добавлены схемы Шмитта.

Типы ИС на эффекте Холла

  1. Тип линейного выхода: Используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля
  2. Тип переключения: Используется для получения сигнала включения / выключения

Методы обнаружения эффекта Холла IC

ИС на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля, которые имеют северный или южный полюс. В этом разделе описаны четыре типа обнаружения ИС на эффекте Холла: униполярное обнаружение, , обнаружение северного или южного полюса, многополярное обнаружение, , обнаружение как северного, так и южного полюсов без дискриминации, биполярное обнаружение. , который представляет собой обнаружение поочередно северного и южного полюсов.Биполярное обнаружение используется не только для определения силы магнитного поля, но и для различения северного и южного полюсов, что является характеристикой ИС на эффекте Холла. Четвертый метод обнаружения — это ZCL TM (Zero Crossing Latch) , который представляет собой обнаружение изменения полярности точки (точка пересечения нуля). ZCL TM — первый в мире метод обнаружения.

Выберите подходящий метод обнаружения в соответствии с типом применения, в котором будет использоваться ИС на эффекте Холла.ABLIC массово производит ИС на эффекте Холла, в которых используются все четыре вышеупомянутых метода обнаружения.

Униполярное обнаружение

Для этого метода обнаруживается только один полюс магнитного поля (северный или южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Униполярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении южного полюса.)

Всеполярное обнаружение

Для этого метода обнаруживаются оба полюса магнитного поля (северный и южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Всестороннее обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении любого полюса).

Биполярное обнаружение

Для этого метода оба полюса магнитного поля (северный и южный) обнаруживаются поочередно, и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока и полярностью для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

ZCL

TM (Защелка нулевого перехода) Обнаружение

ZCL определяет точку, когда S-полюс приложенной плотности магнитного потока изменяется на N-полюс или наоборот, то есть когда происходит изменение полярности.
Оптимизированный для управления бесщеточным двигателем постоянного тока, обнаружение ZCL может легко предотвратить падение КПД двигателя в результате колебаний температуры и производственных отклонений. > Дополнительная информация «Что такое интегральная схема на эффекте Холла ZCL?»
«ZCL» является зарегистрированным товарным знаком ABLIC Inc.

.

Давайте сократим трудозатраты на проектирование, чтобы создать идеальный двигатель
с помощью первого в мире метода обнаружения
Что может сделать микросхема с эффектом Холла ZCL

Как выбрать подходящий эффект Холла IC

ABLIC предлагает широкий выбор ИС на эффекте Холла по запросу клиентов.Вы можете выбрать подходящую ИС на эффекте Холла, рассмотрев приведенный ниже порядок.

Таблица выбора ИС на эффекте Холла

IC эффекта Холла ABLIC

Датчики постоянного тока на эффекте Холла

Открытый и закрытый контур

Сравнение разомкнутого контура и замкнутого контура
Датчики на эффекте Холла доступны как в разомкнутом, так и в замкнутом контуре. Датчики с разомкнутым контуром обеспечивают низкие вносимые потери, быстрое время отклика, компактный размер и точное и недорогое измерение. Менее дорогие, чем их собратья с замкнутым контуром, датчики тока с разомкнутым контуром, как правило, предпочтительнее в цепях с батарейным питанием, учитывая их низкие требования к рабочей мощности и небольшие размеры.

Датчики

с замкнутым контуром обеспечивают быстрый отклик, высокую линейность и низкий температурный дрейф. Токовый выход датчика с обратной связью относительно невосприимчив к электрическим помехам. Датчик с замкнутым контуром иногда называют датчиком с нулевым потоком, потому что его датчик на эффекте Холла возвращает встречный ток во вторичную катушку, намотанную на магнитный сердечник, чтобы нейтрализовать поток, создаваемый в магнитном сердечнике первичным током. Датчики с замкнутым контуром часто выбирают, когда важна высокая точность.

Хотя оба типа датчиков могут быть экономичными в зависимости от требований приложения, датчики с разомкнутым контуром обеспечивают лучшее ценовое преимущество в диапазонах высоких токов (более 100 А). Еще они самые маленькие по размеру и весу. Они поддерживают постоянное энергопотребление независимо от измеряемого тока. Ценовое преимущество открытых датчиков может быть реализовано только в тех случаях, когда колебания температуры могут быть ограничены.

С другой стороны, датчики тока с обратной связью

больше подходят для коммерческих и промышленных применений, где они обычно встречаются.Эти датчики обладают высочайшей точностью при температуре окружающей среды и высоких температурах. Они идеально подходят для шумных сред, и их выход легко преобразуется в напряжение.

Форма

Сравнение двух сердечников с твердым сердечником
Датчики на эффекте Холла с раздельными сердечниками удобны в установке, поскольку для их установки не требуется отключение существующих проводников.

Однако датчики на эффекте Холла с твердым сердечником, скорее всего, будут содержать датчики с обратной связью.Контур обратной связи, который обеспечивают датчики с обратной связью, означает, что они будут иметь лучшую линейность, а также наименьший температурный дрейф. Хотя это и не исключение для устройств на эффекте Холла с твердым сердечником, очень немногие производители обладают возможностями и опытом для создания датчиков Холла с замкнутым контуром с разъемным сердечником.

Aim Dynamics продает все свои датчики на эффекте Холла с разъемным сердечником как разомкнутые. Большинство наших твердотельных датчиков постоянного тока имеют замкнутый контур, хотя доступно несколько недорогих датчиков Холла с разомкнутым контуром.

Требования к питанию

Биполярное и униполярное питание
Датчики тока на эффекте Холла с биполярным выходом, например +/- 5 В, почти всегда требуется биполярный источник питания, например +/- 15 В постоянного тока. Есть несколько способов обойти это — LEM, например, предлагает серию двунаправленных датчиков, которые работают от источника питания +5 В постоянного тока. Это достигается за счет использования смещения на выходе. Например, +2,5 В может быть выходным сигналом 0 А на первичной обмотке.-100A может привести к выходу 1,0 В, а + 100A, следовательно, будет иметь выход 3,5 В. Этот «странный» вывод часто может обрабатываться более продвинутыми модулями ПЛК, или вывод может быть спроектирован в виде схемы.

Aim продает датчики постоянного тока с разъемным сердечником, для которых требуется только источник питания +12 В постоянного тока. Это более удобно в системах, где имеется только источник питания +12 В постоянного тока. Для получения дополнительной информации см. Серии AIMH040-xxxA-VT и AIMH020-xxxA-VT.

Датчик Холла

— городской двигатель

Датчики

— важный компонент любой инженерной системы, который позволяет ей реагировать и реагировать на окружающую среду.В частности, повсеместно распространены физические датчики. До конца 19 века все такие датчики были механическими, сложными в сборке и хрупкими. С пониманием электричества качество датчиков для сложных машин улучшилось с 1950-х годов. Однако датчики, основанные на законах электромагнитной индукции, которые обнаруживают движущиеся компоненты, по-прежнему нуждаются в движущемся магнитном поле и будут значительно отличаться по выходной мощности.

В Балтиморе, 1879, кандидат наук Эдвин Холл наблюдал простой эксперимент.Электрическая цепь была создана с тонким листом проводящего сусального золота посередине. Магнитное поле было приложено перпендикулярно потоку тока. В результате по обе стороны от сусального золота возникла обнаруживаемая разность потенциалов, которую можно было обнаружить с помощью вольтметра. Таким образом, «эффект Холла » показал, что закодированная магнитным полем информация может быть преобразована и интерпретирована как электрические сигналы.

Датчик Холла (или датчик Холла) — это устройство, преобразующее магнитное поле в электрические импульсы.

Эффективность:

В качестве коммутатора они намного дешевле и надежнее механических переключателей, а также более надежны в упаковке и могут работать с более высокой частотой переключения. Там, где они были стандартизированы, их даже легче интегрировать с более крупными схемами.

Использование:

В качестве входа датчика в более крупную систему датчики Холла имеют множество применений. Сотни миллионов из них печатаются ежегодно. Они используются в качестве датчиков приближения в бесщеточных двигателях постоянного тока, чехлах для смартфонов и механических клавиатурах.Они используются в качестве датчиков скорости во множестве двигателей внутреннего сгорания и других двигателях для измерения частоты вращения шестерен и колес, а также частоты вращения поршней, распределительных валов и коленчатых валов.

Требования:

Для отдельной точки в пространстве датчик Холла обнаруживает колебания магнитных полей и использует их для определения движения объектов. Для работы ему не нужен физический контакт, он не имеет движущихся частей, не требует затрат или больших размеров для изготовления, чтобы превзойти механические переключатели.Датчик Холла будет генерировать электрические импульсы, которые можно легко интерпретировать как цифровой сигнал, который впоследствии может запускать множество задач.

Механика:

Датчики Холла работают с использованием эффекта Холла для определения силы магнитного поля. Магнитное поле должно создаваться или индуцироваться объектом, который пытается измерить, а затем флуктуации этого поля интерпретируются вольтметром.

Датчики Холла состоят из нескольких компонентов:

  • Материал Холла — полупроводник p-типа, необходимый для эффекта Холла.Обычно это делается из арсенида галлия, антимонида индия, арсенида индия и т.д. Следовательно, требуется источник питания.

  • IC — схема, прикрепленная перпендикулярно материалу Холла, которая имеет вольтметр для измерения разности потенциалов, вызванной эффектом Холла.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *