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霍爾開關 工作原理及應用範圍

2022-07-08 20:37:34 來源╃▩:接近開關 作者╃▩:上海定宸小編 瀏覽╃▩:607
[導讀]╃▩: 霍爾積體電路是與電子電路整合的霍爾元件↟•。它由霍爾元件╃•、放大器╃•、溫度補償電路和穩壓電路使用積體電路工藝技術製成↟•。它可以感應所有與磁性有關的物理量↟↟✘│·,並輸出有關的電子控制資訊↟↟✘│·,因此霍爾積體電路既是a積體電路又是a磁敏感測器↟↟✘│·,一般採用DIP或扁平封裝↟•。原則1↟•。霍爾積體電路當通電的半導體片材垂直放置在磁場中時↟↟✘│·,會在片材的兩側產生電勢差↟•。這種現象稱為霍爾效應↟•。該電位差稱為霍爾電勢↟↟✘│·,電位的大小E=KIB/d↟↟✘│·,其中k是霍爾係數↟↟✘│·,d是片的厚度↟↟✘│·,I是電流↟↟✘│·,B是磁感應↟•。圖1示出
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  霍爾積體電路 是與電子電路整合的 霍爾元件↟•。它由 霍爾元件 ╃•、放大器╃•、 溫度補償電路 和 穩壓電路 使用 積體電路工藝 技術製成↟•。它可以感應所有與磁性有關的物理量↟↟✘│·,並輸出有關的電子控制資訊↟↟✘│·,因此 霍爾積體電路 既是a 積體電路 又是a 磁敏感測器↟↟✘│·,一般採用 DIP 或扁平封裝↟•。

  原則1↟•。霍爾積體電路

  當通電的半導體片材垂直放置在磁場中時↟↟✘│·,會在片材的兩側產生電勢差↟•。這種現象稱為 霍爾效應↟•。該電位差稱為 霍爾電勢↟↟✘│·,電位的大小E = KIB/d↟↟✘│·,其中k是 霍爾係數↟↟✘│·,d是片的厚度↟↟✘│·,I是電流↟↟✘│·,B是磁感應↟•。圖1示出了 霍爾效應 的原理: 在三維空間中↟↟✘│·,霍爾 半導體板在 XOY 平面中↟↟✘│·,該平面垂直於磁場的方向↟↟✘│·,並且該磁場指向y軸的方向↟↟✘│·,電流I沿x軸傳遞↟•。由於移動電荷和磁場之間的相互作用↟↟✘│·,結果是z軸 方向上 上的 霍爾電勢E及其值↟•。為此↟↟✘│·,霍爾元件 和電子電路被整合在約2毫米 * 2毫米的矽襯底上↟↟✘│·,並且實現 霍爾 溫度穩定性和可靠性 積體電路↟•。

  2.典型 霍爾積體電路 結構分析

  霍爾積體電路 根據輸出模式可分為線性型別和開關型別↟↟✘│·,根據 積體電路 內部 有源器件 可分為雙極型別和MOS型別↟•。圖2和圖3分別示出了雙極型 霍爾積體電路內部 的原理結構和邏輯結構↟↟✘│·,圖2為開關型↟↟✘│·,圖3為線型↟•。在圖2 IC 中↟↟✘│·,霍爾元件H的磁檢測被反映為高電平和低電平的輸出↟•。V1和V2由 差分放大器 組成↟↟✘│·,其以約幾十倍的放大倍數放大 霍爾電勢↟•。V3 和 V4 構成 施密特觸發器↟↟✘│·,其將放大 霍爾電勢整形 成矩形脈衝;V5 和 V6 進一步緩衝和放大矩形脈衝; V7和 V8 是 開路集電極 輸出管↟•。在圖2a中有兩個輸出端子↟•。這裡採用 集電極開路 輸出結構的原因是它可以具有較大的負載能力↟↟✘│·,並且易於與不同型別的電路介面↟•。然而↟↟✘│·,一些 霍爾積體電路 採用開路發射極輸出的形式↟↟✘│·,如圖2b和2c所示↟•。圖3顯示了線性 霍爾積體電路 的內部結構↟↟✘│·,其輸出電壓可以隨施加的磁場強度連續變化↟↟✘│·,其輸出變化曲線一般如圖4所示↟•。它的特點是靈敏度高↟↟✘│·,輸出動態範圍寬↟↟✘│·,線性度好↟•。在圖3a中↟↟✘│·,V1和V2是 差分放大器↟↟✘│·,R1和 R2 的發射極電阻器的負反饋擴大了電路的線性範圍↟↟✘│·,並且 V5 和 V6第二級差分 的放大使得放大係數非常高↟•。一些線性 霍爾積體電路 還設定引出外部 電位器 以補償↟↟✘│·,零或改變電路的靈敏度↟•。

  3的應用↟•。霍爾積體電路

  霍爾積體電路具有無接觸╃•、無磨損╃•、無火花╃•、功耗低╃•、壽命長╃•、靈敏度高╃•、工作頻率高等特點↟•。能在各種惡劣環境下穩定可靠地工作↟•。對於開關型霍爾IC↟↟✘│·,其**基本的應用是作為接近開關↟↟✘│·,例如↟↟✘│·,它可以用作霍爾無觸點開關╃•、限位開關╃•、方向開關╃•、壓力開關╃•、轉速錶等↟•。霍爾可用於非接觸式測距╃•、非接觸式電位器╃•、無刷電機╃•、磁場測量高斯計╃•、磁性探傷等↟•。對於開關型霍爾IC↟↟✘│·,其輸出一般為開路集電極電晶體開路發射極輸出↟↟✘│·,因此可以很容易地與其連線↟•。可與TTL╃•、CMOS數位電路╃•、PLC輸入╃•、固態繼電器及各種AC/DC電子開關介面↟•。圖5-6示出了各種驅動介面模式↟↟✘│·,其中圖5-6中的霍爾IC↟•。5為開路集電極輸出↟↟✘│·,圖中為霍爾IC↟•。6是開路發射極輸出的形式↟•。

  4.應用例項和電路(1)霍爾電勢愛因斯坦KIBhandd在實際應用中都是固定的k I d值↟↟✘│·,E是B線性函式↟↟✘│·,即磁通量↟↟✘│·,因為線性霍爾積體電路的輸出電流與檢測到的磁感應強度成線性關係↟↟✘│·,所以可以用微安培計測量磁場高斯的大小↟•。(2)由於電場的存在↟↟✘│·,不可避免地會產生磁場↟↟✘│·,因此線性霍爾IC也可以用來檢測交╃•、直流電流的變化↟•。如圖8標準磁鐵芯上有間隙↟↟✘│·,在該間隙上有線圈和檢測電流↟↟✘│·,因此線圈產生的磁場可以同時在鐵芯間隙用線性霍爾IC感測表示↟•。該方法還可用於過電流╃•、過壓╃•、欠壓保護↟↟✘│·,其中霍爾IC還可採用開關式保護↟•。(3)當兩個不同極性的磁體中心的磁感應強度為0時↟↟✘│·,當其中一個磁體線性霍爾IC產生偏離一側的位移時↟↟✘│·,霍爾IC的輸出電壓將與其位移成正比↟↟✘│·,因此用該方法得到的力的大小為霍爾IC↟•。(4)霍爾IC代替無刷電機中的電刷起換流作用↟↟✘│·,克服了使用R為無刷電機永磁轉子的電刷噪音大╃•、易磨損╃•、壽命短等缺陷↟•。直徑方向上和H2彼此垂直的H1是兩個片霍爾線性IC↟↟✘│·,每個片控制四個依次向定子線圈L1-L4提供電流的電晶體↟•。(5)轉速測量方法如圖11所示↟•。將小磁鐵固定在旋轉體上↟↟✘│·,每轉一圈輸出一個脈衝霍爾IC↟•。轉數可以透過計數器測量脈衝數來獲得↟↟✘│·,每單位時間的轉數就是轉速↟•。

  (6)圖12顯示霍爾液位控制方法↟•。把磁鐵固定在花車上↟•。當液位上升↟↟✘│·,磁體接近霍爾開關積體電路A時↟↟✘│·,AN的狀態顛倒↟↟✘│·,控制電路使泵停止工作↟•。當水池中的液位下降時↟↟✘│·,浮子上的磁鐵作用於霍爾開關B↟•。控制電路使泵工作↟•。

  (7)非接觸式電位器的應用電路如圖13所示↟↟✘│·,霍爾線性IC和雙基極二極體構成張弛振盪器↟•。振盪器輸出脈衝的形成和兩個脈衝之間的間隔取決於輸出電壓霍爾IC↟•。用霍爾IC控制雙向可控矽導通角可以起到功率調節的作用↟•。

  (8) 汽車電子點火器電路如圖14所示↟↟✘│·,當車用啟動磁鋼霍爾IC作用時↟↟✘│·,開關型IC輸出低電平↟↟✘│·,V1╃•、V2突然切斷↟↟✘│·,L中儲存的磁能在L╃•、C2通道中振動↟↟✘│·,形成約200V交變電壓↟↟✘│·,然後透過整個L增壓產生15kV以上的高壓↟↟✘│·,產生電火花↟↟✘│·,點燃氣缸內的燃油↟•。

  (9) 無觸點交流開關如圖15所示↟↟✘│·,當磁體接近霍爾開關IC╃•、SCR時↟↟✘│·,切斷;磁鐵離開後↟↟✘│·,單向可控矽開啟↟↟✘│·,負載繼續工作(10)無線防盜報警器↟↟✘│·,如圖16所示↟•。當門窗上的小磁鐵接近霍爾開關IC╃•、IC時↟↟✘│·,輸出低電平↟↟✘│·,V因無平坦位置而切斷;然而↟↟✘│·,當門窗移位時↟↟✘│·,小磁鐵與IC分離↟↟✘│·,V偏R2↟↟✘│·,電路振動↟↟✘│·,發出無線電報警訊號↟•。

  5╃•、 霍爾IC霍爾積體電路電壓範圍寬↟↟✘│·,但實際電壓應低而非高↟↟✘│·,一般為4.5-6V↟•。電源電壓過高會導致電路溫升↟↟✘│·,使電路不穩定↟•。2.開關型霍爾IC當驅動載荷時↟↟✘│·,其負載電流應小於霍爾IC負載容量↟•。為了使輸出電壓幅值霍爾更大↟↟✘│·,通常在輸出端增加電阻較大的負載電阻↟•。3.當霍爾IC驅動的負載容量為感應時↟↟✘│·,應在輸出端新增連續電流二極體↟•。4╃•、在霍爾IC不同等級的驅動載荷時↟↟✘│·,**好增加隔離緩衝級↟↟✘│·,可採用光電耦合器或三極體驅動級↟•。

  5.遠距離傳送霍爾IC訊號時↟↟✘│·,開關輸出與接地之間可加一個解耦電容器↟↟✘│·,消除干擾脈衝;同軸電纜應用於傳輸線性霍爾IC輸出訊號↟↟✘│·,但**大長度不得超過幾十米↟•。

  6╃•、most霍爾IC的磁感應距離為5-10mm↟↟✘│·,在實際操作中應進行控制↟↟✘│·,訊號傳送磁鋼應與霍爾IC的感應點直接相對↟↟✘│·,以減小磁迴路的磁阻↟↟✘│·,使訊號傳送檢測可靠準確↟•。

  為了提高開關或線性霍爾IC的磁感應靈敏度↟↟✘│·,可以使用小磁鐵來增強磁偏壓或增加發射磁鐵的面積↟•。

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