Senzor cu efect Hall
Senzorii cu efect Hall detectează intensitatea câmpului magnetic și direcția unui magnet permanent sau electromagnet. Ieșirea senzorului cu efect Hall este o funcție a câmpului său magnetic și poate detecta atât câmpuri magnetice pozitive, cât și negative.
Principiul de funcționare al senzorului cu efect Hall
Un câmp magnetic extern activează senzorii cu efect hall. Câmpurile magnetice sunt reprezentate cu densitatea fluxului (B) și prin polii săi magnetici, cum ar fi polul nord sau polul sud. Magnetismul din jurul senzorului cu efect Hall determină semnalul de ieșire al acestuia. Când densitatea fluxului magnetic ambiental depășește o valoare de prag predeterminată, senzorul produce o tensiune Hall, VH.
Senzorii semiconductori sunt semiconductori de tip p, cum ar fi arseniura de galiu (GaAs), arseniura de indiu (InAs) și antimoniură de indiu (InSb) care conduc curentul continuu. Materialul semiconductor suferă o forță în prezența câmpului magnetic, determinând atât electronii, cât și găurile să se deplaseze pe părțile laterale ale stratului semiconductor. Pe măsură ce electronii și găurile se mișcă de fiecare parte, se dezvoltă o diferență de potențial între diferitele părți ale semiconductorilor. În materialele dreptunghiulare plate, un câmp magnetic extern perpendicular pe materialul semiconductor are un efect mai mare asupra mobilității electronilor.
Efectul Hall arată tipul de pol magnetic și puterea câmpului acestuia. De exemplu, există o tensiune la unul dintre polii magnetului, dar nu la celălalt. Senzorii cu efect Hall sunt de obicei „dezactivați” și acționează ca un circuit deschis atunci când nu există câmp magnetic. Sunt închise numai sub un câmp magnetic puternic polarizat (circuit închis).
Caracteristicile senzorului magnetic cu efect Hall
Tensiunea de sală (V H ) al senzorului cu efect Hall este o funcție a intensității câmpului magnetic al acestuia (H). Majoritatea dispozitivelor comerciale cu efect Hall includ amplificatoare de curent continuu, circuite logice de comutare și regulatoare de tensiune pentru a îmbunătăți sensibilitatea senzorului și tensiunile de ieșire. Acest lucru permite senzorului cu efect Hall să gestioneze mai multă putere și câmpuri magnetice.
Diagrama circuitului senzorului magnetic cu efect Hall
Senzorii semi-activi au iesiri liniare sau digitale. Tensiunea de ieșire a senzorului liniar se referă direct la câmpul magnetic care curge prin senzorul Hall și este transmisă de un amplificator operațional.
Ecuația tensiunii cu efect Hall
Ecuația tensiunii de ieșire este dată de:
Aici, V H denotă tensiunea hall, R H denotă coeficientul efectului hall, eu indică curentul, t reprezintă grosimea și B reprezintă densitatea fluxului magnetic. Senzorii liniari sau analogici produc o tensiune constantă care crește cu câmpurile magnetice mai puternice și scade cu câmpurile mai slabe. Într-un senzor cu efect hall, pe măsură ce intensitatea câmpului magnetic crește, semnalul de ieșire al amplificatorului crește până când sursa de alimentare se saturează. Creșterea câmpului magnetic determină saturarea ieșirii, dar nu are niciun efect:
Când ieșirea senzorului Hall depășește un nivel predeterminat de flux magnetic care curge prin acesta, contactele trec rapid de la starea „închisă” la starea „deschisă” fără să sară. Acest histerezis încorporat previne oscilarea semnalului de ieșire pe măsură ce senzorul se deplasează în câmpul magnetic. Aceasta înseamnă că senzorul de ieșire digitală are doar stările „pornit” și „oprit”.
Tipuri de senzori cu efect Hall
Senzorii cu efect Hall pot fi de două tipuri: senzori cu efect Hall bipolari și senzori cu efect Hall unipolari. Senzorii unipolari pot funcționa și se pot descărca atunci când intră și ies dintr-un câmp magnetic cu același pol magnetic sudic, în timp ce senzorii bipolari necesită atât câmpuri magnetice pozitive, cât și negative pentru a funcționa și a se descărca. Datorită capacităților lor de ieșire de 10-20 mA, majoritatea dispozitivelor cu efect Hall nu pot comuta direct sarcinile de curent ridicat. Pentru sarcini de curent mari, la ieșire este adăugat un tranzistor NPN cu un aranjament de colector deschis.
Aplicații ale senzorilor cu efect Hall
Senzorii cu efect hall sunt porniți în prezența câmpurilor magnetice și sunt controlați de un singur tip de magnet permanent pe un arbore sau gadget în mișcare. Pentru a maximiza sensibilitatea, liniile de flux magnetic trebuie să fie perpendiculare pe câmpul senzorului și cu polarizarea corectă în toate configurațiile.
1: Cap pe Detectare
Este necesar ca câmpul magnetic să fie perpendicular pe detectorul cu efect hall, după cum se arată mai jos:
Această tehnică produce un semnal de ieșire, V H , care măsoară densitatea fluxului magnetic în dispozitivele liniare în funcție de distanța față de senzorul cu efect Hall. Tensiunea de ieșire crește odată cu intensitatea câmpului magnetic și proximitatea acestuia.
2: Detectare laterală
Necesită un flux magnetic indirect în timp ce magnetul se mișcă lateral pe elementul cu efect de sală.
Senzorii laterali sau mobili pot măsura viteza magneților sau motoarelor care se rotesc prin detectarea câmpului magnetic alunecând pe suprafața elementului Hall la o anumită distanță de spațiul de aer.
O tensiune de ieșire liniară pozitivă sau negativă poate fi produsă în funcție de poziția câmpului magnetic care trece prin linia centrală de câmp zero a senzorului. Determină mișcări verticale și orizontale.
3: Controlul poziției
Detectorul de poziție rămâne în starea „oprit” atunci când nu există câmp magnetic. De îndată ce polul sudic al magnetului se mișcă într-o direcție perpendiculară în apropierea senzorului cu efect de sală, dispozitivul se „pornește” și LED-ul se aprinde. Când este pornit, senzorul cu efect Hall este în starea „ON”.
Pentru a opri LED-ul, câmpul magnetic trebuie să scadă sub punctul său minim de declanșare detectabil sau poate fi, de asemenea, confruntat cu polul nord opus cu valoare gauss negativă.
Concluzie
Senzorii cu efect hall sunt utilizați pentru detectarea direcției, precum și a intensității câmpurilor magnetice. Ele sunt utilizate într-o mare varietate de aplicații, inclusiv auto, detecție de proximitate, detectie frontală, laterală și de poziție pentru diferite câmpuri magnetice.