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產(chǎn)品知識

霍爾開(kāi)關(guān) 工作原理及應用范圍

2022-07-08 20:37:34 來(lái)源:接近開(kāi)關(guān) 作者:上海定宸小編 瀏覽:3079
[導讀]: 霍爾集成電路是與電子電路集成的霍爾元件。它由霍爾元件、放大器、溫度補償電路和穩壓電路使用集成電路工藝技術(shù)制成。它可以感應所有與磁性有關(guān)的物理量,并輸出有關(guān)的電子控制信息,因此霍爾集成電路既是a集成電路又是a磁敏傳感器,一般采用DIP或扁平封裝。原則1?;魻柤呻娐樊斖姷陌雽w片材垂直放置在磁場(chǎng)中時(shí),會(huì )在片材的兩側產(chǎn)生電勢差。這種現象稱(chēng)為霍爾效應。該電位差稱(chēng)為霍爾電勢,電位的大小E=KIB/d,其中k是霍爾系數,d是片的厚度,I是電流,B是磁感應。圖1示出
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  霍爾集成電路 是與電子電路集成的 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 集成電路工藝 技術(shù)制成。它可以感應所有與磁性有關(guān)的物理量,并輸出有關(guān)的電子控制信息,因此 霍爾集成電路 既是a 集成電路 又是a 磁敏傳感器,一般采用 DIP 或扁平封裝。

  原則1?;魻柤呻娐?/p>

  當通電的半導體片材垂直放置在磁場(chǎng)中時(shí),會(huì )在片材的兩側產(chǎn)生電勢差。這種現象稱(chēng)為 霍爾效應。該電位差稱(chēng)為 霍爾電勢,電位的大小E = KIB/d,其中k是 霍爾系數,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,該平面垂直于磁場(chǎng)的方向,并且該磁場(chǎng)指向y軸的方向,電流I沿x軸傳遞。由于移動(dòng)電荷和磁場(chǎng)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 和電子電路被集成在約2毫米 * 2毫米的硅襯底上,并且實(shí)現 霍爾 溫度穩定性和可靠性 集成電路。

  2.典型 霍爾集成電路 結構分析

  霍爾集成電路 根據輸出模式可分為線(xiàn)性類(lèi)型和開(kāi)關(guān)類(lèi)型,根據 集成電路 內部 有源器件 可分為雙極類(lèi)型和MOS類(lèi)型。圖2和圖3分別示出了雙極型 霍爾集成電路內部 的原理結構和邏輯結構,圖2為開(kāi)關(guān)型,圖3為線(xiàn)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(fā)器,其將放大 霍爾電勢整形 成矩形脈沖;V5 和 V6 進(jìn)一步緩沖和放大矩形脈沖; V7和 V8 是 開(kāi)路集電極 輸出管。在圖2a中有兩個(gè)輸出端子。這里采用 集電極開(kāi)路 輸出結構的原因是它可以具有較大的負載能力,并且易于與不同類(lèi)型的電路接口。然而,一些 霍爾集成電路 采用開(kāi)路發(fā)射極輸出的形式,如圖2b和2c所示。圖3顯示了線(xiàn)性 霍爾集成電路 的內部結構,其輸出電壓可以隨施加的磁場(chǎng)強度連續變化,其輸出變化曲線(xiàn)一般如圖4所示。它的特點(diǎn)是靈敏度高,輸出動(dòng)態(tài)范圍寬,線(xiàn)性度好。在圖3a中,V1和V2是 差分放大器,R1和 R2 的發(fā)射極電阻器的負反饋擴大了電路的線(xiàn)性范圍,并且 V5 和 V6第二級差分 的放大使得放大系數非常高。一些線(xiàn)性 霍爾集成電路 還設置引出外部 電位器 以補償,零或改變電路的靈敏度。

  3的應用?;魻柤呻娐?/p>

  霍爾集成電路具有無(wú)接觸、無(wú)磨損、無(wú)火花、功耗低、壽命長(cháng)、靈敏度高、工作頻率高等特點(diǎn)。能在各種惡劣環(huán)境下穩定可靠地工作。對于開(kāi)關(guān)型霍爾IC,其**基本的應用是作為接近開(kāi)關(guān),例如,它可以用作霍爾無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、方向開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、轉速表等?;魻柨捎糜诜墙佑|式測距、非接觸式電位器、無(wú)刷電機、磁場(chǎng)測量高斯計、磁性探傷等。對于開(kāi)關(guān)型霍爾IC,其輸出一般為開(kāi)路集電極晶體管開(kāi)路發(fā)射極輸出,因此可以很容易地與其連接??膳cTTL、CMOS數字電路、PLC輸入、固態(tài)繼電器及各種AC/DC電子開(kāi)關(guān)接口。圖5-6示出了各種驅動(dòng)接口模式,其中圖5-6中的霍爾IC。5為開(kāi)路集電極輸出,圖中為霍爾IC。6是開(kāi)路發(fā)射極輸出的形式。

  4.應用實(shí)例和電路(1)霍爾電勢愛(ài)因斯坦KIBhandd在實(shí)際應用中都是固定的k I d值,E是B線(xiàn)性函數,即磁通量,因為線(xiàn)性霍爾集成電路的輸出電流與檢測到的磁感應強度成線(xiàn)性關(guān)系,所以可以用微安培計測量磁場(chǎng)高斯的大小。(2)由于電場(chǎng)的存在,不可避免地會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),因此線(xiàn)性霍爾IC也可以用來(lái)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(xiàn)圈和檢測電流,因此線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以同時(shí)在鐵芯間隙用線(xiàn)性霍爾IC感測表示。該方法還可用于過(guò)電流、過(guò)壓、欠壓保護,其中霍爾IC還可采用開(kāi)關(guān)式保護。(3)當兩個(gè)不同極性的磁體中心的磁感應強度為0時(shí),當其中一個(gè)磁體線(xiàn)性霍爾IC產(chǎn)生偏離一側的位移時(shí),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(wú)刷電機中的電刷起換流作用,克服了使用R為無(wú)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(gè)片霍爾線(xiàn)性IC,每個(gè)片控制四個(gè)依次向定子線(xiàn)圈L1-L4提供電流的晶體管。(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(gè)脈沖霍爾IC。轉數可以通過(guò)計數器測量脈沖數來(lái)獲得,每單位時(shí)間的轉數就是轉速。

 ?。?)圖12顯示霍爾液位控制方法。把磁鐵固定在花車(chē)上。當液位上升,磁體接近霍爾開(kāi)關(guān)集成電路A時(shí),AN的狀態(tài)顛倒,控制電路使泵停止工作。當水池中的液位下降時(shí),浮子上的磁鐵作用于霍爾開(kāi)關(guān)B??刂齐娐肥贡霉ぷ?。

 ?。?)非接觸式電位器的應用電路如圖13所示,霍爾線(xiàn)性IC和雙基極二極管構成張弛振蕩器。振蕩器輸出脈沖的形成和兩個(gè)脈沖之間的間隔取決于輸出電壓霍爾IC。用霍爾IC控制雙向可控硅導通角可以起到功率調節的作用。

 ?。?) 汽車(chē)電子點(diǎn)火器電路如圖14所示,當車(chē)用啟動(dòng)磁鋼霍爾IC作用時(shí),開(kāi)關(guān)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(dòng),形成約200V交變電壓,然后通過(guò)整個(gè)L增壓產(chǎn)生15kV以上的高壓,產(chǎn)生電火花,點(diǎn)燃氣缸內的燃油。

 ?。?) 無(wú)觸點(diǎn)交流開(kāi)關(guān)如圖15所示,當磁體接近霍爾開(kāi)關(guān)IC、SCR時(shí),切斷;磁鐵離開(kāi)后,單向可控硅打開(kāi),負載繼續工作(10)無(wú)線(xiàn)防盜報警器,如圖16所示。當門(mén)窗上的小磁鐵接近霍爾開(kāi)關(guān)IC、IC時(shí),輸出低電平,V因無(wú)平坦位置而切斷;然而,當門(mén)窗移位時(shí),小磁鐵與IC分離,V偏R2,電路振動(dòng),發(fā)出無(wú)線(xiàn)電報警信號。

  5、 霍爾IC霍爾集成電路電壓范圍寬,但實(shí)際電壓應低而非高,一般為4.5-6V。電源電壓過(guò)高會(huì )導致電路溫升,使電路不穩定。2.開(kāi)關(guān)型霍爾IC當驅動(dòng)載荷時(shí),其負載電流應小于霍爾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(dòng)的負載容量為感應時(shí),應在輸出端添加連續電流二極管。4、在霍爾IC不同等級的驅動(dòng)載荷時(shí),**好增加隔離緩沖級,可采用光電耦合器或三極管驅動(dòng)級。

  5.遠距離發(fā)送霍爾IC信號時(shí),開(kāi)關(guān)輸出與接地之間可加一個(gè)解耦電容器,消除干擾脈沖;同軸電纜應用于傳輸線(xiàn)性霍爾IC輸出信號,但**大長(cháng)度不得超過(guò)幾十米。

  6、most霍爾IC的磁感應距離為5-10mm,在實(shí)際操作中應進(jìn)行控制,信號發(fā)送磁鋼應與霍爾IC的感應點(diǎn)直接相對,以減小磁回路的磁阻,使信號發(fā)送檢測可靠準確。

  為了提高開(kāi)關(guān)或線(xiàn)性霍爾IC的磁感應靈敏度,可以使用小磁鐵來(lái)增強磁偏壓或增加發(fā)射磁鐵的面積。

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