Hall efekto jutiklis
Holo efekto jutikliai nustato nuolatinio magneto arba elektromagneto magnetinio lauko stiprumą ir kryptį. Hall efekto jutiklio išvestis priklauso nuo jo magnetinio lauko ir gali aptikti teigiamus ir neigiamus magnetinius laukus.
Holo efekto jutiklio veikimo principas
Išorinis magnetinis laukas įjungia salės efekto jutiklius. Magnetiniai laukai pavaizduoti srauto tankiu (B) ir jo magnetiniais poliais, tokiais kaip šiaurinis arba pietinis ašigalis. Magnetizmas aplink salės efekto jutiklį nustato jo išvesties signalą. Kai aplinkos magnetinio srauto tankis viršija iš anksto nustatytą slenkstinę vertę, jutiklis sukuria Holo įtampą VH.
Puslaidininkiniai jutikliai yra p tipo puslaidininkiai, tokie kaip galio arsenidas (GaAs), indžio arsenidas (InAs) ir indžio antimonidas (InSb), kurie praleidžia nuolatinę srovę. Esant magnetiniam laukui, puslaidininkinė medžiaga patiria jėgą, dėl kurios tiek elektronai, tiek skylės juda į puslaidininkinio sluoksnio šonus. Elektronams ir skylėms judant į bet kurią pusę, atsiranda potencialų skirtumas tarp skirtingų puslaidininkių pusių. Plokščiose stačiakampėse medžiagose išorinis magnetinis laukas, statmenas puslaidininkinei medžiagai, turi didesnį poveikį elektronų judrumui.
Hall efektas parodo magnetinio poliaus tipą ir jo lauko stiprumą. Pavyzdžiui, viename iš magneto polių yra įtampa, bet ne kitame. Holo efekto jutikliai paprastai yra „išjungti“ ir veikia kaip atvira grandinė, kai nėra magnetinio lauko. Jie uždaromi tik esant stipriai poliarizuotam magnetiniam laukui (uždara grandinė).
Holo efekto magnetinio jutiklio charakteristikos
Salės įtampa (V H ) yra jo magnetinio lauko stiprumo (H) funkcija. Daugumoje komercinių salės efekto įrenginių yra nuolatinės srovės stiprintuvai, perjungimo logikos grandinės ir įtampos reguliatoriai, siekiant pagerinti jutiklio jautrumą ir išėjimo įtampą. Tai leidžia salės efekto jutikliui valdyti daugiau galios ir magnetinių laukų.
Holo efekto magnetinio jutiklio grandinės schema
Pusiau aktyvūs jutikliai turi linijinius arba skaitmeninius išėjimus. Linijinio jutiklio išėjimo įtampa yra tiesiogiai susijusi su magnetiniu lauku, tekančiu per Holo jutiklį, ir išvedama operaciniu stiprintuvu.
Holo efekto įtampos lygtis
Išėjimo įtampos lygtis pateikiama taip:
Čia, V H žymi salės įtampą, R H žymi holo efekto koeficientą, aš – srovę, t – storį, o B – magnetinio srauto tankį. Linijiniai arba analoginiai jutikliai sukuria pastovią įtampą, kuri didėja esant stipresniems magnetiniams laukams ir mažėja esant silpnesniems laukams. Holo efekto jutiklyje, didėjant magnetinio lauko stiprumui, stiprintuvo išėjimo signalas didėja, kol maitinimo šaltinis prisisotina. Magnetinio lauko padidinimas prisotina išvestį, bet neturi jokio poveikio:
Kai salės jutiklio išėjimas viršija iš anksto nustatytą magnetinio srauto, tekančio per jį, lygį, kontaktai greitai persijungia iš „uždarytos“ būsenos į „atvirą“ būseną, neatšokdami. Ši integruota histerezė neleidžia išvesties signalui svyruoti jutikliui judant į magnetinį lauką. Tai reiškia, kad skaitmeninis išvesties jutiklis turi tik „įjungta“ ir „išjungta“ būsenas.
Hall efekto jutiklių tipai
Holo efekto jutikliai gali būti dviejų tipų: bipoliniai salės efekto jutikliai ir vienpoliai salės efekto jutikliai. Vienpoliai jutikliai gali veikti ir išsikrauti, kai įeina į magnetinį lauką ir iš jo išeina su tuo pačiu pietų magnetiniu poliumi, o dvipoliams jutikliams veikti ir iškrauti reikia tiek teigiamų, tiek neigiamų magnetinių laukų. Dėl savo 10–20 mA išėjimo pavaros galimybių dauguma salės efekto įrenginių negali tiesiogiai perjungti didelių srovės apkrovų. Esant didelėms srovės apkrovoms, prie išėjimo pridedamas NPN tranzistorius su atviru kolektoriaus išdėstymu.
Hall efekto jutiklių taikymas
Holo efekto jutikliai įjungiami esant magnetiniams laukams ir yra valdomi vieno nuolatinio tipo magnetu ant judančio veleno ar įtaiso. Norint padidinti jautrumą, magnetinio srauto linijos turi būti statmenos jutiklio laukui ir su teisinga poliarizacija visose konfigūracijose.
1: nukreipkite į aptikimą
Tam reikia, kad magnetinis laukas būtų statmenas salės efekto detektoriui, kaip parodyta toliau:
Ši technika sukuria išvesties signalą, V H , kuris matuoja magnetinio srauto tankį linijiniuose įrenginiuose kaip atstumo nuo salės efekto jutiklio funkciją. Išėjimo įtampa didėja didėjant magnetinio lauko stiprumui ir artėjant prie jo.
2: šoninis aptikimas
Tam reikalingas netiesioginis magnetinis srautas, kol magnetas juda į šoną per salės efekto elementą.
Šoniniai arba judantys jutikliai gali išmatuoti besisukančių magnetų ar variklių greitį, aptikdami magnetinį lauką, slystantį Hall elemento paviršiumi tam tikru atstumu nuo oro tarpo.
Priklausomai nuo magnetinio lauko, einančio per jutiklio nulinio lauko centrinę liniją, padėties gali būti sukurta teigiama arba neigiama tiesinė išėjimo įtampa. Jis nustato vertikalius ir horizontalius judesius.
3: padėties valdymas
Kai nėra magnetinio lauko, padėties detektorius lieka išjungtas. Kai tik magneto pietinis polius pasislenka statmena kryptimi salės efekto jutiklio šaliai, prietaisas „įsijungia“ ir šviečia šviesos diodas. Kai įjungtas, salės efekto jutiklis yra „ON“ būsenoje.
Norint išjungti šviesos diodą, magnetinis laukas turi nukristi žemiau minimalaus aptinkamo suveikimo taško arba jis taip pat gali susidurti su priešingu šiaurės ašigaliu su neigiama gausso verte.
Išvada
Holo efekto jutikliai naudojami magnetinių laukų krypčiai ir stiprumui nustatyti. Jie naudojami įvairiose srityse, įskaitant automobilius, artumo jutimą, galvos aptikimą, šoną ir padėties aptikimą įvairiems magnetiniams laukams.