Читайте также: |
|
Одно из важнейших для практических приложений гальваномагнитных явлений — эффект Холла — известно более 100 лет, оно было открыто в 1879 г. Э. Холлом, сотрудником Балтиморского университета им. Дж. Хопкинса. Этим открытием он подтвердил теорию движения электронов, изложенную за 30 лет до этого лордом Кельвином. Холл обнаружил, что если расположить магнит относительно золотой пластинки, по которой протекает ток I, так, чтобы магнитное поле было перпендикулярно пластинке, между ее боковыми сторонами возникнет разность потенциалов Ux— напряжение Холла. Это напряжение пропорционально силе тока I через проводник и магнитной индукции В. Поэтому преобразователи Холла можно считать разновидностью электромагнитных ЧЭ.
Наиболее известно использование преобразователей Холла в магнетометрах, измерителях параметров магнитного поля, датчиках перемещений и др. Например, датчик перемещений состоит из двух основных элементов — преобразователя Холла и магнита, подвижных один относительно другого. Перемещение магнита относительно ЧЭ вызывает сигнал, пропорциональный этому перемещению.
Самыми распространенными материалами преобразователей Холла являются полупроводниковые структуры на базе GaAs,InAs,InSb и др.
Датчик, содержащий преобразователь Холла, относится к классу генераторных. Его выходным сигналом является напряжение Холла Ux, которое возникает в случае, если через находящийся в магнитном поле кристалл протекает опорный ток Iоп (рис. 2.5). Функцию преобразования ЧЭ Холла можно представить в виде
где Rх — постоянная Холла; h — эффективная толщина полупроводникового слоя; B*sinθ — составляющая индукции внешнего магнитного поля, перпендикулярная плоскости кристалла. Для металлов Rх =10-3см3/Кл, для полупроводников Rх =105см3/Кл.
Постоянная Холла зависит от температуры, ее температурная чувствительность STX=(1..3)*10-2 К-1. Если Iоп = const и θ= const, то Uх ≈ В1. В этом случае ΔUХ=SХΔВ1, где Sx=RxIоп/h— чувствительность преобразователя Холла. Конструктивной особенностью ЧЭ этого типа является то, что линии съема сигнала располагаются перпендикулярно направлению протекания тока.
В измерительных устройствах используют также интегральные микросхемы, принцип действия которых основан на эффекте Холла. В состав такой микросхемы (рис. 2.6, а) входят: ЧЭ Холла, стабилизатор опорного напряжения, операционный усилитель и эмиттерный повторитель. Выходное напряжение Uвых зависит от напряжения Холла и коэффициента усиления схемы. В отсутствии магнитного поля Uвых = 0; если питание микросхемы осуществляется от однополярного источника как на рис. 2.6, а, то Uвых = Uип/2. Напряжение Холла невелико и составляет около 30 мВ при В1= 10 мТл, что требует установки операционного усилителя. Эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление микросхемы.
Магнитные поля большой силы не разрушают датчик Холла, а лишь переводят его в режим насыщения с Uвых < Uип. Чувствительность микросхемы
Используя приведенные на рис. 2.6, б графики, можно найти ΔUвых при изменении Δ В1 для известного Uип. Погрешность преобразователя составляет 1...2%.
Часто датчик с преобразователем Холла имеет релейный выход. В этом случае оконечный каскад микросхемы содержит триггер Шмитта и транзистор с открытым коллектором, что позволяет использовать разные шины питания микросхемы и нагрузки. Такие микросхемы устанавливают в датчиках положения, тока, тахометрах, бесконтактных переключателях, магнитных карточках и замках.
Сравнительная характеристика некоторых преобразователей Холла дана в табл. 2.4.
Дата добавления: 2015-08-26; просмотров: 173 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Электромагнитные чувствительные элементы | | | Оптические чувствительные элементы |