Jak funguje Hallův senzor jednoduchými slovy?

Hallův senzor je zařízení určené k měření intenzity magnetického pole. Jeho práce je založena na Hallově jevu, což je jev výskytu rozdílu potenciálu v magnetickém poli, když je do něj umístěn vodič se stejnosměrným proudem. Toto zařízení našlo široké uplatnění v různých zařízeních a mechanismech.

Historie zařízení

Americký vědec z Baltimoru Edwin Herbert Hall na konci 19. století umístil polovodičovou destičku do magnetického pole a připojil k ní elektrický proud. Tato akce způsobila, že se na širokých stranách desky objevilo napětí.

Tento jev se nazýval Hallův efekt a přitahoval pozornost veřejnosti. O 75 let později, když průmysl začal vyrábět polovodičové filmy, našel tento objev široké uplatnění v oblasti technologií. Dnes se používají senzory:

1. V elektronickém zapalování na autech.
2. V pohonu počítače a motorech ventilátorů.
3. Jako základ elektronického kompasu v chytrých telefonech.
4. V bezkontaktních elektrických přístrojích pro měření proudu a napětí.
5. U některých modelů iontových proudových motorů.

První typy snímačů se začaly vyrábět v polovině 1965. století. V roce XNUMX vytvořili američtí specialisté polovodičové zařízení, které výrazně zlepšilo výkon zařízení. Senzory jsou považovány za prakticky věčné, protože nemají vzájemně se ovlivňující nebo třecí prvky.

Návrhové prvky

Za nejúčinnější materiály pro výrobu senzoru jsou považovány polovodiče arsenidu galia a india. Častěji je zařízením film, jehož tloušťka nepřesahuje 10 mikronů. Senzor má tři svorky:

• napájení vstupním napětím 6V;
• nulový kontakt;
• výstup, ze kterého signál vstupuje do spínače.

Svorka, do které jde proud, je široká a zabírá celou stranu obdélníku. Výstupní svorka má bodovou elektrodu. Společný bod funguje jako nulový kontakt. Protože v nepřítomnosti magnetického pole zůstává na kontaktech malý signál, používá se pro korekci výstupních dat diferenciální zesilovač.

Mikroobvod je aplikován na substrát pomocí litografie, která zlepšuje přesnost odečtů. To se obvykle používá v různých přístrojích pro kontrolu polohy prvků mechanismu.

Princip

Princip činnosti Hallova senzoru je založen na galvanomagnetickém jevu, který ukazuje výsledek interakce magnetického pole s polovodičem. Polovodič je připojen k elektrickému obvodu, který mění jeho vlastnosti.

Jakmile se objeví příčné napětí, okamžitě nastává Hallův jev. V tomto okamžiku je náboj nasměrován kolmo k vektoru pole. Tento jev se vysvětluje vlivem Lorentzovy síly na elektrony nebo díry, což vede k jejich vychýlení.

Pod vlivem této síly se částice v polovodiči pohybují různými směry v souladu se svým znaménkem. Na jedné straně desky se shromažďují elektrony (záporný náboj) a na druhé částice s kladným znaménkem.

Jak se náboje hromadí, vzniká mezi nimi elektrický tok, který jim brání v pohybu pod vlivem Lorentzovy síly. Když se tato síla a magnetické pole vyrovnají, polovodič vstoupí do rovnovážné fáze. Přesně tak funguje Hallův senzor.

Typy zařízení

Hlavním úkolem tohoto zařízení je stanovení intenzity magnetického toku. V praxi se jedná o snímač pro zjišťování hodnot magnetického pole. Existují dva typy senzorů:

Digitální zařízení jsou bipolární a unipolární. Bipolární prvky fungují v závislosti na polaritě magnetického pole, to znamená, že jeden zapíná senzor a druhý jej vypíná.

Unipolární zařízení se zapnou, když se objeví jakákoliv polarita, a vypnou se, když se sníží. Digitální senzory měří indukci a výskyt odpovídajícího napětí, tedy přítomnost nebo nepřítomnost magnetického pole.

Zařízení zobrazí jedničku, když indukce pole dosáhne prahové hodnoty. Do tohoto okamžiku bude čidlo ukazovat nulu. Takový senzor nebude schopen detekovat přítomnost magnetického pole se slabou indukcí. Přesnost odečtů bude navíc ovlivněna vzdáleností od měřeného objektu.

Aplikace senzoru

Hallovy měniče jsou široce používány v moderních domácích spotřebičích. S jejich pomocí se prádlo naváží do praček. Při spouštění jednotky se věci nejprve namočí a pak se buben začne otáčet. Na základě rychlosti otáčení je určena celková hmotnost a stroj je naprogramován na spotřebu prášku, vody a oplachového prostředku.

Poprvé v sériové výrobě byly senzory použity v počítačových klávesnicích. Zde dochází k interakci mezi citlivým prvkem na desce a magnetem na klávesách. Elasticity je dosaženo pomocí polymerového materiálu, který má dlouhou životnost.

Jediný prvek, který se může v klávesnici rozbít, je ovladač. Elektrikáři velmi často používají Hallův senzorpři měření proudu ve vodičích bezkontaktními kleštěmi. Měřící zařízení reaguje na změny elektromagnetického pole v okolí kabelů a vodičů.

Díky indukčnosti měděného drátu umístěného ve svorkách vzniká buzení a vzniká elektromagnetická vlna. Část jeho hodnoty vyhodnocuje čidlo, které přenáší data do regulátoru. Výpočty se provádějí pomocí vzorců v něm obsažených a výsledek se zobrazí na displeji.

Senzory se v mobilních telefonech používají ke sledování nabití a spotřeby baterie. Tento bod je však při provozu elektrických vozidel považován za velmi důležitý, protože dostupnost energie v nich zaujímá zvláštní místo. Hallovy transformátory se používají v elektronických kompasech a jako stabilizátor obrazu v mobilních fotoaparátech.

Ale tato zařízení jsou zvláště široce používána v automobilovém průmyslu. V automobilech se používají k určení otáček motoru, polohy plynu, rychlosti vozidla a podobně. Snímač se používá v elektronickém zapalovacím systému. Je umístěn v rozdělovači a nahrazuje kontakty pro generování jiskry.

Použití senzorů v chytrých telefonech

Hallovy senzory jsou díky své malé velikosti široce používány v moderních elektronických přístrojích. V chytrých telefonech pomáhají vrátit obrazovku do původní polohy, poskytují rychlý start vyhledávání GPS, zvyšují výdrž baterie a podobně.

Schopnost reagovat na magnetické pole se využívá u vyklápěcích telefonů a notebooků. Díky přítomnosti senzoru se zařízení zapnou při otevření obrazovky a vypnou při zavření obrazovky. V chytrých telefonech stejnou funkci plní senzor, který spolupracuje s magnetem zabudovaným do obalu knihy. Při otevření krytu vliv pole zeslábne a senzor zapne podsvícení obrazovky. Hallův transformátor v gadgetech plní následující užitečné funkce:

• poskytuje orientaci ve vztahu k zemskému horizontu;
• funguje jako kompas pro mobilní zařízení;
• provádí orientaci obrazovky.

Snímač má v konstrukci videokamery nemalý význam. Spolu se speciálním čipem umožňuje upravit kvalitu obrazu. To platí zejména při večerním natáčení.