Hallov senzor
Senzori s Hallovim efektom detektiraju snagu i smjer magnetskog polja trajnog magneta ili elektromagneta. Izlaz senzora Hall efekta je funkcija njegovog magnetskog polja i može detektirati pozitivna kao i negativna magnetska polja.
Princip rada senzora Hallovog efekta
Vanjsko magnetsko polje aktivira Hallove senzore. Magnetska polja su predstavljena gustoćom toka (B) i njegovim magnetskim polovima, kao što su sjeverni pol ili južni pol. Magnetizam oko Hallovog senzora određuje njegov izlazni signal. Kada gustoća magnetskog toka okoline prijeđe unaprijed određenu vrijednost praga, senzor proizvodi Hallov napon, VH.
Poluvodički senzori su p-tip poluvodiča kao što su galijev arsenid (GaAs), indijev arsenid (InAs) i indijev antimonid (InSb) koji provode istosmjernu struju. Poluvodički materijal doživljava silu u prisutnosti magnetskog polja, uzrokujući da se i elektroni i rupe pomaknu na strane poluvodičkog sloja. Kako se elektroni i šupljine pomiču na bilo koju stranu, razlika potencijala se razvija između različitih strana poluvodiča. U ravnim pravokutnim materijalima vanjsko magnetsko polje okomito na poluvodički materijal ima veći učinak na pokretljivost elektrona.
Hallov efekt pokazuje vrstu magnetskog pola i njegovu jakost polja. Na primjer, postoji napon na jednom od polova magneta, ali ne i na drugom. Senzori s Hallovim efektom obično su 'isključeni' i ponašaju se kao otvoreni krug kada nema magnetskog polja. Zatvoreni su samo pod jako polariziranim magnetskim poljem (zatvoreni krug).
Karakteristike magnetskog senzora Hallovog efekta
Dvoranski napon (V H ) Hallovog senzora je funkcija njegove jakosti magnetskog polja (H). Većina komercijalnih uređaja s Hallovim efektom uključuje DC pojačala, sklopne logičke sklopove i regulatore napona u njima za poboljšanje osjetljivosti senzora i izlaznih napona. To omogućuje Hallovom senzoru da podnese veću snagu i magnetska polja.
Dijagram strujnog kruga magnetskog senzora s Hallovim efektom
Poluaktivni senzori imaju linearne ili digitalne izlaze. Izlazni napon linearnog senzora izravno je povezan s magnetskim poljem koje teče kroz Hallov senzor, a izlazi ga operacijskim pojačalom.
Hallova jednadžba napona
Jednadžba izlaznog napona dana je sa:
Evo, V H označava Hallov napon, R H označava Hallov koeficijent, I označava struju, t označava debljinu, a B označava gustoću magnetskog toka. Linearni ili analogni senzori proizvode konstantan napon koji raste s jačim magnetskim poljima i opada sa slabijim poljima. U senzoru s Hallovim efektom, kako se jakost magnetskog polja povećava, izlazni signal pojačala raste sve dok se napajanje ne zasiti. Povećanje magnetskog polja uzrokuje zasićenje izlaza, ali nema učinka:
Kada izlaz Hallovog senzora prijeđe unaprijed određenu razinu magnetskog toka koji prolazi kroz njega, kontakti se brzo prebacuju iz 'zatvorenog' stanja u 'otvoreno' stanje bez poskakivanja. Ova ugrađena histereza sprječava osciliranje izlaznog signala dok se senzor pomiče u magnetsko polje. To znači da senzor digitalnog izlaza ima samo stanja 'uključeno' i 'isključeno'.
Vrste senzora Hallovog efekta
Hallovi senzori mogu biti dvije vrste: bipolarni Hallovi senzori i unipolarni Hallovi senzori. Unipolarni senzori mogu raditi i prazniti se kada ulaze i izlaze iz magnetskog polja s istim južnim magnetskim polom, dok bipolarni senzori zahtijevaju i pozitivna i negativna magnetska polja za rad i pražnjenje. Zbog svojih mogućnosti izlaznog pogona od 10-20 mA, većina uređaja s Hallovim efektom ne može izravno prebaciti velika strujna opterećenja. Za velika strujna opterećenja, NPN tranzistor se dodaje na izlaz s otvorenim kolektorom.
Primjena Hallovih senzora
Senzori Hallovog efekta uključuju se u prisutnosti magnetskih polja i njima upravlja jedan stalni tip magneta na pokretnoj osovini ili napravi. Kako bi se povećala osjetljivost, linije magnetskog toka moraju biti okomite na polje senzora i s ispravnom polarizacijom u svim konfiguracijama.
1: Otkrivanje glave
Zahtijeva da magnetsko polje bude okomito na detektor s Hallovim efektom, kao što je prikazano u nastavku:
Ova tehnika proizvodi izlazni signal, V H , koji mjeri gustoću magnetskog toka u linearnim uređajima kao funkciju udaljenosti od Hallovog senzora. Izlazni napon raste s jačinom magnetskog polja i njegovom blizinom.
2: Bočna detekcija
Zahtijeva neizravni magnetski tok dok se magnet pomiče bočno preko elementa s Hallovim efektom.
Bočni ili pomični senzori mogu mjeriti brzinu rotirajućih magneta ili motora detektiranjem magnetskog polja koje klizi po površini Hallovog elementa na određenoj udaljenosti od zračnog raspora.
Pozitivan ili negativan linearni izlazni napon može se proizvesti ovisno o položaju magnetskog polja koje prolazi kroz središnju liniju nultog polja senzora. Određuje vertikalna i horizontalna kretanja.
3: Kontrola položaja
Detektor položaja ostaje u stanju 'isključeno' kada nema magnetskog polja. Čim se južni pol magneta pomakne okomito na blizinu Hallovog senzora, uređaj se 'uključuje' i LED svijetli. Kada je uključen, Hallov senzor je u stanju 'ON'.
Za isključivanje LED-a, magnetsko polje mora pasti ispod minimalne detektabilne točke okidanja ili se također može suočiti sa suprotnim sjevernim polom s negativnom gausovom vrijednošću.
Zaključak
Senzori Hallovog efekta koriste se za detekciju smjera kao i jakosti magnetskog polja. Koriste se u raznim primjenama, uključujući automobilsku industriju, detekciju blizine, čeonu, bočnu i detekciju položaja za različita magnetska polja.