Датчик, работающий на эффек­те Холла

Благодаря развитию микроэлектроники широ­кое распространение получили датчики углового положения, ра­ботающие на эффекте Холла (рис. 2.5).

Рис. 7.5. Эффект Холла

Эффект Холла (рис. 7.5) возникает в по­лупроводниковой пластине, вне­сенной в магнитное поле, при пропускании через нее электриче­ского тока. Если поместить эле­мент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы на­правление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плос­кости пластины, и пропустить ток I_п через пластину, то между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла:

,

где К – постоянная Холла, м²/А.

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной пласти­ны и повышается при уменьшении се толщины. У пленки толщина h равна 10^{-6 м, у пластины из полупроводникового кристалла – 10-4 м. Для изготовления элементов Холла используется германий (Се), кремний (}Si), арсенид галлия (GаАs), арсенид индия (InАs), антимонид индия (InSb).

Очевидно, что путем изменения магнитного поля от 0 до В_max с помощью магнитного экрана на выходе магнитоуправляемой интегральной схемы можно получить (при подключении к ее выходу со­ответствующей нагрузки) дискретный сигнал высокого или низкого уровня. Объединив магнитоуправляемую схему с магнитной системой в жестко сконструированный пластмассовый корпус, получают микропереключатель, работающий на эффекте Холла, который устанавливается в традиционный распределитель, например, поворотный механизм вакуумного автомата. Ротор 2 (замыкатель) (рис. 7.6), жестко связанный с валиком 4 распределителя, выполнен­ного из магнитопроводящего материала, и содержит число полю­сов-экранов 3, равное числу, цилиндров двигателя. При прохожде­нии экранов в зазоре между интегральной схемой 7 и магнитом 5 происходит периодическое шунтирование магнитного потока, и на выходе микропереключателя формируется сигнал о положении ко­ленчатого вала в виде прямоугольных импульсов.

Рис. 7.6. Схема микропереключате­ля, работающего на эффекте Холла (а), и зависимости напряжения чув­ствительного элемента Холла (U_п) и напряжения (U_д) на выходе датчика Холла от угла поворота ротора α (б): 1 – магнитоуправляемая интег­ральная схема; 2 – ротор; 3 – эк­ран; 4 – валик распределителя; 5 – магнит; 6 – корпус микропереклю­чателя

Величина ЭДС Холла очень мала и поэтому должна быть усиле­на вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние радио - и - электропомех. Поэтому конструктивно элемент Холла и преобразо­вательная схема выполняются в виде интегральной микросхемы (рис. 7.7). Его магнитоуправляемая интегральная схема содержит усилитель У, пороговый элемент St, выходной каскад VТ и стабили­затор напряжения СТ.

Недостатком интегральной системы является повышенная чувствительность к внешним воздействиям.

Рис. 7.7. Структурная магнитоуправляемая интеграль­ная схема микропереключателя, работающего на эффекте Холла: ЭХ − чувстви­тельный элемент Холла; В − индукция поля; У − уси­литель; Si − триггер Шмитта; VТ − транзистор выходного каскада с открытым выходом; СТ − источник стабилизированного напряжения; R_н − нагрузка

Дата добавления: 2014-12-27