Сензор Холовог ефекта
Сензори са Холовим ефектом детектују јачину магнетног поља и смер сталног магнета или електромагнета. Излаз сензора са Холовим ефектом је функција његовог магнетног поља и може детектовати позитивна и негативна магнетна поља.
Принцип рада сензора Холовог ефекта
Екстерно магнетно поље активира сензоре Холовог ефекта. Магнетна поља су представљена густином флукса (Б) и својим магнетним половима, као што су северни или јужни пол. Магнетизам око сензора Холовог ефекта одређује његов излазни сигнал. Када густина амбијенталног магнетног флукса премаши унапред одређену граничну вредност, сензор производи Холов напон, ВХ.
Полупроводнички сензори су полупроводници п-типа као што су галијум арсенид (ГаАс), индијум арсенид (ИнАс) и индијум антимонид (ИнСб) који проводе једносмерну струју. Полупроводнички материјал доживљава силу у присуству магнетног поља, због чега се и електрони и рупе померају на стране слоја полупроводника. Како се електрони и рупе крећу на обе стране, између различитих страна полупроводника се развија разлика потенцијала. У равним правоугаоним материјалима, спољашње магнетно поље окомито на полупроводнички материјал има већи утицај на покретљивост електрона.
Холов ефекат показује тип магнетног пола и јачину његовог поља. На пример, постоји напон на једном од полова магнета, али не и на другом. Сензори са Холовим ефектом су обично „искључени“ и делују као отворено коло када нема магнетног поља. Затворени су само под јако поларизованим магнетним пољем (затворено коло).
Карактеристике магнетног сензора са Холовим ефектом
Напон у хали (В Х ) сензора Холовог ефекта је функција његове јачине магнетног поља (Х). Већина комерцијалних уређаја са ефектом Хола укључује ДЦ појачала, склопна логичка кола и регулаторе напона у себи да побољшају осетљивост сензора и излазне напоне. Ово омогућава сензору Холовог ефекта да поднесе више снаге и магнетних поља.
Шема кола магнетног сензора са Холовим ефектом
Полуактивни сензори имају линеарне или дигиталне излазе. Излазни напон линеарног сензора се директно односи на магнетно поље које протиче кроз Холов сензор и излази преко операционог појачавача.
Једначина напона Холовог ефекта
Једначина излазног напона је дата са:
Ево, В Х означава халов напон, Р Х означава коефицијент Холовог ефекта, И означава струју, т означава дебљину и Б означава густину магнетног флукса. Линеарни или аналогни сензори производе константан напон који расте са јачим магнетним пољима и опада са слабијим пољима. У сензору са Холовим ефектом, како се јачина магнетног поља повећава, излазни сигнал појачала се повећава све док се напајање не засити. Повећање магнетног поља доводи до засићења излаза, али нема ефекта:
Када излаз Холовог сензора премаши унапред одређени ниво магнетног флукса који тече кроз њега, контакти брзо прелазе из „затвореног“ у „отворено“ стање без одбијања. Ова уграђена хистереза спречава осциловање излазног сигнала док се сензор креће у магнетно поље. То значи да дигитални излазни сензор има само „укључено“ и „искључено“ стање.
Типови сензора са Холовим ефектом
Сензори са Холовим ефектом могу бити два типа: биполарни сензори са Холовим ефектом и униполарни сензори са Холовим ефектом. Униполарни сензори могу да раде и да се испразне када улазе и излазе из магнетног поља са истим јужним магнетним полом, док биполарни сензори захтевају и позитивна и негативна магнетна поља за рад и пражњење. Због својих 10-20мА излазних могућности, већина уређаја са ефектом Хола не може директно да пребаци високо струјна оптерећења. За велика струјна оптерећења, НПН транзистор се додаје на излаз са распоредом отвореног колектора.
Примене сензора са Холовим ефектом
Сензори Холовог ефекта се укључују у присуству магнетних поља и контролишу се помоћу једног трајног типа магнета на покретној осовини или уређају. Да би се максимизирала осетљивост, линије магнетног флукса морају бити окомите на поље сензора и са правилном поларизацијом у свим конфигурацијама.
1: Хеад он Детецтион
Захтева да магнетно поље буде окомито на детектор Холовог ефекта, као што је приказано у наставку:
Ова техника производи излазни сигнал, В Х , који мери густину магнетног флукса у линеарним уређајима као функцију удаљености од сензора Холовог ефекта. Излазни напон расте са јачином магнетног поља и његовом близином.
2: Бочно откривање
Захтева индиректни магнетни флукс док се магнет помера бочно преко елемента ефекта Хола.
Бочни или покретни сензори могу мерити брзину ротирајућих магнета или мотора откривањем магнетног поља које клизи по површини Холовог елемента на одређеној удаљености од ваздушног процепа.
Позитиван или негативан линеарни излазни напон може се произвести у зависности од положаја магнетног поља које пролази кроз средишњу линију нултог поља сензора. Одређује вертикална и хоризонтална кретања.
3: Контрола положаја
Детектор положаја остаје у 'искљученом' стању када нема магнетног поља. Чим се јужни пол магнета помери у окомитом смеру на близину сензора ефекта Хола, уређај се „укључује“ и ЛЕД светли. Када је укључен, сензор Холовог ефекта је у 'ОН' стању.
Да би се ЛЕД диода искључила, магнетно поље мора пасти испод своје минималне тачке покретања која се може детектовати, или се такође може суочити са супротним северним полом са негативном Гаусовом вредношћу.
Закључак
Сензори Холовог ефекта се користе за детекцију правца као и јачине магнетних поља. Користе се у широком спектру апликација укључујући аутомобиле, детекцију близине, детекцију главе, бочно и детекцију положаја за различита магнетна поља.