Схема холла датчика: что это, как работает, где применяется, схема

устройство, принцип работы и назначение

Магнитные датчики Холла широко распространены в современных условиях и применяются не только в специализированных изделиях, но и в обычной бытовой технике. Большинство пользователей даже не подозревают, какие чувствительные элементы работают у них в телефоне, например, и что они могут быть установлены не только в электронной аппаратуре, но и в средствах передвижения (в автомобиле или мотоцикле). В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение датчика Холла.

• Принцип действия и типы
• Историческая справка
• Классификация
• Устройство и примеры использования
• Применение в системе зажигания и стиральных машинах
• В бытовых условиях

Принцип действия и типы

Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана. Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.

Историческая справка

Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?

Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.

Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину.

На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения. Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности. Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.

Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

Устройство и примеры использования

Простейшая система с датчиком Холла включает в свой состав следующие элементы:

1. Постоянный магнит (его функция – создание магнитного поля).
2. Подвижный ротор с лопастями или зубцами.
3. Особый стержень из магнитного материала (магнитопровод).
4. Пластиковый корпус.

Помимо этого, техническая характеристика датчика предусматривает применение микросхем, задействованных в измерительном процессе.

Понять принцип работы этого прибора удается, если ознакомиться с подробной схемой включения датчика Холла в зоне проведения измерений. Схема подключения и суть работы сенсора может быть представлена следующим образом:

• В зазоре, образованном половинками магнитопровода, перемещаются металлические лопасти ротора.
• При их вращении происходит периодическое шунтирование магнитного потока.
• Встроенной микросхемой предусмотрено определение нулевого показателя индукции (в эти моменты напряжение на ее выходе максимально).
• По частоте таких всплесков, подсчитываемой той же микросхемой, судят о скорости вращения контролируемого объекта (двигательного вала в мотоцикле, например).

Чтобы этот процесс протекал нормально – при включении сенсора в измерительную цепь должна учитываться цоколевка данного образца (она бывает разной).

Обобщая рассмотренную схему, следует предположить, что датчики этого класса способны измерять скорость вращения коленвала любого движущегося средства. Универсальность сенсора, не исключающая возможности его установки в скутере, например, позволяет применять датчик Холла не только в сложных технических устройствах, но и в обычной бытовой технике.

Применение в системе зажигания и стиральных машинах

При использовании датчика Холла в системе зажигания автомобиля с его помощью удается фиксировать момент размыкания трамблера. В данном случае он работает как аналоговый преобразователь, определяющий мгновения прерывания бортового питания. На этом же принципе базируется его применение в рабочих модулях стиральной машины, что позволяет по скорости вращения барабана определять увеличение веса белья.

Датчики Холла устанавливаются и в некоторых образцах измерительной аппаратуры. Чаще всего ими комплектуются бесконтактные клещи, применяемые для измерения тока в проводниках. Встроенный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля, образующегося вокруг силового кабеля. Кроме того, он подходит для ручки газа электровелосипеда, позволяя контролировать угол ее поворота.

В бытовых условиях

В клавиатурах компьютеров эти приборы обеспечивают бесконтактный способ снятия информации. Сенсор, входящий в состав кулера бытового ПК, способен управлять полярностью обмоток ротора, то есть менять направление его вращения.

При использовании такого элемента в смартфоне, в частности, он обеспечивает выключение устройства при помещении его в чехол с «магнитной» застежкой.

Рассматривая области применения датчики Холла простыми словами можно сказать, что его использование в технической сфере практически ничем не ограничено. В электронном конструкторе Ардуино, например, имеется набор с таким датчиком, позволяющий на практике проиллюстрировать эффект Холла.

Это не единственный пример его использования в целях обучения, помогающий начинающим пользователям понять, как подключить и использовать сенсоры полевых структур.

В заключение отметим, что к недостаткам датчиков Холла относят их чувствительность к электромагнитным помехам, нередко возникающим в рабочих цепях. Кроме того, использование сложных электронных модулей в конструкции прибора в какой-то мере влияет на его надежность, несколько снижая ее. Эти минусы сенсора не рассматриваются как его дефекты, а просто учитываются при работе с аппаратурой.

Теперь вы знаете, что такое датчик Холла, как он работает и зачем нужен. Надеемся, предоставленная информация была для полезной и интересной!

Материалы по теме:

• Что такое тензодатчик и как он устроен
• Для чего нужны концевые выключатели
• Чем отличается переменный ток от постоянного

Карта сайта

Карта сайта

Главная страница-Персональные страницы-Коновалов Дмитрий Александрович

Введение Переключатели на эффекте Холла Датчики Схемы Учебное пособие

Рис. 1

Льюиса Лофлина

Датчик Холла в своей самой простой форме представляет собой аналоговую интегральную схему. Он состоит из пластины Холла, которая выдает «поперечное» напряжение в зависимости от напряженности магнитного поля — полярность зависит от магнитной полярности.

Он также состоит из дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления, поскольку генерируемое напряжение мало. Выходное напряжение является аналоговым, обычно оно составляет около половины напряжения источника питания.

Они известны как линейные или логометрические датчики.

Добавление триггера Шмитта с правильно установленным гистерезисом создаст переключатель Холла или защелку Холла. Они часто имеют выходной транзистор с открытым коллектором.

Используемые здесь триггеры Шмитта основаны на аналоговом компараторе. Они могут быть построены из операционных усилителей (операционных усилителей), таких как LM358 или LM741.

Или можно использовать счетверенный компаратор LM311 или LM339. Выходы с открытым коллектором, в отличие от LM311/LM741.

Часто рассматриваемый как «цифровой», на данный момент мы имеем однобитный аналого-цифровой преобразователь.

• Проекты компаратора LM311 с использованием датчиков Холла
• Переключатели и датчики на эффекте Холла 2022

• Учебное пособие по теории компараторов
• Гистерезис компаратора и триггеры Шмитта
• Информация и схемы компаратора напряжения
• Анализ цепей оконного компаратора

Датчики на эффекте Холла представляют собой твердотельные магнитные датчики, используемые либо в качестве магнитных переключателей, либо для измерения магнитных полей. Меня интересуют три основных типа: переключатель на эффекте Холла, защелка на эффекте Холла и логометрический или аналоговый выходной датчик.

Здесь мне нужно проиллюстрировать различные электронные схемы и способы подключения датчиков и их использования.

Выключатель на эффекте Холла включается при наличии южного магнитного поля на его лицевой стороне или северного магнитного поля на противоположной стороне. Он выключится, когда магнит будет удален.

Защелка на эффекте Холла работает как переключатель, но остается включенной при удалении магнита. Он выключится, если к лицу приложить северный полюс или отключить питание. Ниже у меня есть схема того, как использовать переключатель Холла, чтобы сделать однополюсный переключатель вкл/выкл.

Рационометрический датчик Холла выдает аналоговое напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Устройства, которые я буду использовать на отдельной странице, являются однополярными и, как правило, без приложения магнитного поля выходное напряжение составляет половину напряжения питания. Напряжение будет увеличиваться с южным магнитным полюсом на лице или уменьшаться с северным магнитным полюсом на лице.

См. Использование ратиометрических датчиков Холла

Здесь мы рассмотрим переключатели и защелки, которые начинаются как логометрические, а затем добавляются компараторы, триггеры Шмитта и выходные транзисторы. Ниже перечислены спецификации датчиков Холла, использованных в моем видео на You Tube.

Технические характеристики указаны ниже.

На изображении выше показаны типичные выводы датчиков Холла. Южный полюс магнита направляется к «лицу», включая прибор. Северный полюс на лице не будет иметь никакого эффекта, если только устройство не является защелкой, которую оно выключит, если оно уже включено.

Рассмотрим пятивольтовый переключатель на эффекте Холла UGN3013T. Для срабатывания переключателя обычно требуется от 500 Гс до максимум 750 Гс. Но выпустить или отключить — это типичные 225 Гс до 110 Гс.

Итак, у нас есть разумный диапазон 275, который нам нужен для надежной работы. Таким образом, очевидно, что даже небольшой железный магнит может работать хорошо или должен находиться очень близко к датчику.

Обратите внимание, что это старая устаревшая деталь, которая случайно оказалась у меня. Новые устройства гораздо более чувствительны.

Рис. 2

На изображении выше показана внутренняя блок-схема переключателя на эффекте Холла, в данном случае UGN3013T. Он включает в себя пластину Холла, усилитель, триггер Шмитта и транзисторный выход с открытым коллектором. Некоторые могут использовать МОП-транзистор с открытым стоком вместо биполярного транзистора.

Рис. 3

Ратиометрический датчик Холла с компаратором LM311 образует переключатель на эффекте Холла с выходом с открытым коллектором, образующий переключатель с регулируемой точкой срабатывания. Vcc составляет 5 вольт при использовании датчика, такого как UGN3502, и 12 вольт для TL174C. Его можно напрямую подключить к входному порту микроконтроллера или другой 5-вольтовой цифровой логике.

Рис. 4

Добавив JK-триггер к нашему переключателю на эффекте Холла на рис. 3, мы получим защелку на эффекте Холла. Состояние Q и QNOT «меняется» при каждом цикле ВКЛ-ВЫКЛ на TP2.

Рис. 5

На рис. 5 показано, как использовать переключатель Холла с выходом с открытым коллектором/стоком с JK-триггером CD4027 для формирования схемы защелки.

На этом наше знакомство с датчиками и схемами на эффекте Холла завершено.

• Видео с эффектом Холла на YouTube
• Базовые датчики Холла YouTube
• Цепи датчика Холла YouTube

• Цепи датчика Холла, теория, работа Обновлено в 2022 г.
• Как датчики Холла обнаруживают черные металлы
• Исследование всенаправленных датчиков Холла с помощью TI DRV5032
• Проекты компаратора LM311 с использованием датчиков Холла

• Датчик Холла переменного тока
• Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
• Использование ратиометрических датчиков Холла

Датчики Холла

• с Arduino

• Спец. листы все формат PDF:
• UGN3013 Датчик Холла (файл PDF)
• TL173C 12-вольтовый пропорциональный датчик Холла
• UGN3503 Ратиометрический датчик Холла, 5 В
• Защелка Холла Honeywell SS466

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.