Датчики Холла: принцип работы, применение и конструкция

Эффект Холла открыл Эдвин Холл в 1879: когда магнитное поле перпендикулярно проходит через пластину с током, возникает поперечное напряжение. База — сила Лоренца: электрон, движущийся перпендикулярно полю B, испытывает силу, перпендикулярную и полю, и току.

Датчик Холла — сенсор, использующий эффект Холла для детектирования наличия и силы магнитного поля. Выходное напряжение пропорционально силе поля. В статье: определение, применение, схема, принцип работы, плюсы и минусы.

Что такое датчик Холла?

Магнитный сенсор — разновидность датчика Холла. Это преобразователь, меняющий выходное напряжение при изменении магнитного поля. Электронное устройство, детектирующее эффект Холла и выдающее электронные данные: для включения/выключения цепи, измерения переменного поля, обработки компьютером или отображения на интерфейсе.

Магнит перпендикулярно проводнику с током → электроны сбиваются к одной стороне → разность потенциалов (напряжение). Наличие и амплитуда магнитного поля у проводника указывает эффект Холла.

Применение датчиков Холла

• Близость, позиция, скорость, ток — proximity sensing, position, speed detection, current sensing
• Тайминг скорости колес/валов: тахометры, зажигание ДВС
• Позиция постоянного магнита в бесколлекторных ДПТ
• Замена механических концевых выключателей: детекция движущегося элемента. Индексация вращательного/поступательного движения

Схема датчика Холла

[Схема не предоставлена]

Принцип работы

Тонкий прямоугольный p-проводник (GaAs, InSb, InAs) пропускает постоянный ток. В магнитном поле линии силы давят на полупроводник, отвлекая зарядовые носители (электроны и дыры) к разным краям пластины. Магнитная сила заставляет носители смещаться.

Накопление носителей создает разность потенциалов между краями. Внешнее поле под прямым углом к пластине влияет на прохождение электронов — эффект сильнее в плоских прямоугольниках. Эффект Холла = использование магнитного поля для генерации измеримого напряжения.

Поток линий поля должен быть ⟂ току (90°) и правильной полярности (обычно южный полюс). Эффект Холла показывает тип полюса и величину поля. Южный полюс → выходное напряжение, северный — нет эффекта. Без поля датчики в OFF (разомкнуто). В поле нужной силы/полярности → ON (замкнуто).

Видео: датчик Холла

[Видео не встроено]

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Дешевле электромагнитных переключателей
• Работа на высоких частотах
• Универсальны: смещение, позиция, близость
• Надежные, выдерживают суровые условия
• Устойчивы к влаге/загрязнению
• Нет дребезга контактов

Недостатки:

• Единственный минус: при несовмещении контактов в элементе Холла и пьезорезистивных эффектах чувствительность падает

Заключение

Датчик Холла детектирует наличие и амплитуду магнитного поля. Выходное напряжение пропорционально силе поля. Статья охватила определение, применение, схему, работу, плюсы и минусы.

Надеюсь, полезно — делитесь со студентами. Спасибо, до встречи!