Элемент Холла

Элемент Холла (Hall Element) является важнейшей частью измерительной магнитной системы.

В настоящее время лучшими недорогими линейными элементами Холла являются компоненты на основе арсенида галия (GaAs), произведенные в  Японии.

Вот их особенности:

• Отличные характеристики температурной стабильности.

• Линейная зависимость напряжения Холла от величины магнитного поля.

• Миниатюрные размеры для поверхностного монтажа.

Основные характеристики данного вида элементов Холла приведены ниже:
 

Возможные виды зондов с элементами Холла приведены ниже:

Что такое магнитный датчик
 

О датчиках Холла
 

Типы и принципы работы
элементов Холла

Сверхчувствительные элементы
Холла

Вопросы и ответы
 

О датчиках Холла.

Среди многообразия магнитных датчиков, датчик, который использует эффект Холла, называется датчиком Холла.

Датчик Холла сконструирован из нескольких частей.

Во-первых, он содержит элемент Холла (Hall Element), который выдает начальное напряжение Холла, создаваемое эффектом Холла.

Во-вторых, он содержит
- или цифровую микросхему Холла (Hall IC), которая выдает цифровые уровни HIGH/LOW ("1"/"0") в результате работы микросхемы;
- или линейную микросхему Холла (Linear Hall IC), которая усиливает и линеаризирует выходное напряжение датчика Холла.

Элемент Холла (Hall Element).

Основные черты.

Так как это просто кусочек полупроводника с присоединенными выводами, элемент Холла может быть использован как для цифрового, так и для аналогового применения, в зависимости от конструкторского дизайна на следующей стадии. Выходное напряжение современных элементов Холла составляет от нескольких десятков до нескольких сотен милливольт.

Выходные характеристики.

Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально направленного к элементу, и может быть как положительное, так и отрицательное, в зависимости от направления магнитного поля. Выходное напряжение в отсутствии вертикального магнитного поля равняется нулю (в реальности, всегда существует небольшое напряжение смещения, которое убирается при калибровке).

Выходная характеристика элемента Холла
 

Как использовать.

В общем случае, элемент Холла имеет 4 вывода: 2 входных вывода для "возбуждения" элемента и 2 выходных дифференциальных вывода. Может использоваться управление как постоянным током, так и постоянным напряжением, в пределах, не приводящих к выводу элемента из строя.

Принципиальная схема работы
 

Применение.

Элементы Холла используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока и объективах для смартфонов и цифровых фотоаппаратов.
Кроме того, элемент Холла является важнейшей частью измерительной магнитной системы (тесламетра).

Цифровая микросхема Холла (Hall IC).

Основные черты.

Цифровая микросхема Холла сравнивает выход элемента Холла с определенной пороговой величиной и выдает HIGH/LOW уровни. Так как выходное напряжение ограничено источником питания, для последующей обработки легко подсоединить микроконтроллер. Существуют микросхемы типа "переключатель", которые переключаются по силе магнитного поля, или микросхемы типа "защелка", которые могут определять полярность магнитного поля.

Выходные характеристики.

Выходное напряжение определяется как HIGH/LOW в соответствии с величиной магнитного поля, вертикально направленному к датчику. Существует три вида датчиков: обнаружение "Южного" полюса, "Северного" полюса или биполярный.

Когда величина магнитного поля превышает Bop, выходное напряжение становится низким, а когда оно опускается ниже Brp, выходное напряжение становится высоким. убирается при калибровке).

Выходные характеристики цифровой микросхемы Холла при обнаружении Южного полюса
 

Как использовать.

Цифровая микросхема Холла имеет два входа (VCC и GND) и один выход. Присоединение радиоэлементов к элементу Холла в соответствии с рисунком реализует цифровую микросхему. Микросхема управляется постоянным напряжением.

Принципиальная схема работы
 

Применение.

Цифровые микросхемы Холла типа переключателя используются в выключателях открытого/закрытого типа в бытовой электронике, а цифровые микросхемы Холла типа защелки используются в бесщеточных двигателях или для обнаружения вращения.

Линейная микросхема Холла (Linear Hall IC).

Основные черты.

Линейная микросхема Холла применяет усиление к выходу элемента Холла, дающее, в результате, линейный выход. Так как выходное напряжение ограничено источником питания, для последующей обработки легко подсоединить микроконтроллер.

Выходные характеристики.

Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально направленному к датчику. Напряжение изменяется в диапазоне от 0 В до VCC согласно направлению магнитного поля.

Выходное напряжение в отсутствии магнитного поля равно VCC/2 (с точностью до напряжения смещения).

Выходные характеристики линейной микросхемы Холла
 

Как использовать.

Линейная микросхема Холла имеет два входа (VCC и GND) и один выход. Присоединение радиоэлементов к элементу Холла в соответствии с рисунком реализует линейную микросхему. Микросхема управляется постоянным напряжением.

Принципиальная схема работы
 

Применение.

Линейные микросхемы Холла используются в датчиках уровня жидкости, токовых датчиках и датчиках определения угла.

К вопросу линейности элемента Холла от величины управляющего тока.

Давайте определим диапазон токов для линейности измерений элемента Холла. В качестве калиброванного источника тока выберем систему на ADS1262, в качестве эталонных полей выберем слабое (25 мТ) и сильное (1500 мТ) магнитное поле.
 

Результаты измерений представим в цифровом и графическом виде приложения Excel.
 

Как можно видеть, при использовании калиброванного источника тока ADS1262, гарантированным линейным диапазоном управляющего тока для выбранного элемента Холла является 500 – 4500 мкА для диапазона магнитных полей 25 – 1500 мТ, причем верхняя граница тока обусловлена только небольшой нелинейностью IDAC от ADS1262 для токов, больших 4500 мкА (возможно, это обусловлено особенностью данного экземпляра АЦП или системой питания всего устройства).

Возврат к оглавлению

Дата последнего изменения: 19.07.2024

postmaster@rusmagnet.ru