Эффект Холла
Сущность эффекта Холла состоит в том, что при прохождении тока через пластину в продольном направлении под влиянием магнитного поля возникает на краях пластинки в поперечном направлении разность потенциалов, обусловленная законом Лоренца (под влиянием магнитного поля токоносители смещаются к краю пластины). Эта разность потенциалов (ЭДС) пропорциональна величине векторного произведения напряженности поля и тока.
При отсутствии магнитного поля поток электронов не искажается. При наличии магнитного поля силы Лоренца отклоняют электроны и искривляют их траектории. Это направление траекторий приводит к появлению отрицательных зарядов на одной стороне пластины. На противоположной стороне накапливается нескомпенсированный положительный заряд. Накопление зарядов на противоположных гранях пластинки приводит к появлению поперечного электрического поля, которое получило название поле Холла. Такое накопление зарядов продолжается, пока возникающая поперечная ЭДС не скомпенсирует силы, создаваемые магнитным полем. После этого установится стационарный процесс, при котором электроны движутся параллельно граням пластины, как и при отсутствии магнитного поля.
Полупроводниковый материал, предназначенный для изготовления ДХ, должен обладать не только высокими, но и по возможности мало зависящими от температуры значениями постоянной Холла и подвижности носителей тока. Выбор полупроводникового материала для ДХ диктуется областью его применения. Как правило, используются полупроводники с электронной проводимостью, поскольку они имеют значительно бoльшую подвижность носителей заряда, чем полупроводники с дырочной проводимостью. Необходимо подчеркнуть, что свойства каждого из указанных полупроводниковых материалов могут существенно изменяться в зависимости от рода и количества примесей, вводимых в них. Кристаллические датчики обычно изготавливают из германия, кремния, полупроводниковых соединений элементов третей и пятой групп периодической системы Менделеева – антимонида индия, арсенида индия, арсенида галлия, а также твердого раствора – тройного соединения In(As0,8P0,2).
Область применения датчиков Холла
Перечень возможных применений этих датчиков очень широк.
Линейные датчики Холла:
- датчики тока;
- приводы переменной частоты вращения;
- схемы управления и защиты электродвигателей;
- датчики положения;
- датчики расхода;
- бесколлекторные двигатели постоянного тока;
- бесконтактные потенциометры;
- датчики угла поворота;
- детекторы ферромагнитных тел;
- датчики вибрации;
- тахометры.
Логические датчики Холла:
- датчики частоты вращения;
- устройства синхронизации;
- датчики систем зажигания автомобилей;
- датчики положения (обнаруживают перемещение менее 0,5 мм);
- счётчики импульсов (принтеры, электроприводы);
- датчики положения клапанов;
- блокировка дверей;
- бесколлекторные двигатели постоянного тока;
- измерители расхода;
- бесконтактные реле;
- детекторы приближения;
- считыватели магнитных карточек или ключей;
- датчики бумаги (в принтерах).
Применение датчиков Холла в автомобильных бесконтактных системах зажигания:
Датчик Холла заменяет в системе зажигания прерыватель. Датчик состоит из постоянного магнита 1, пластины полупроводника 3 и интегральной микросхемы, состоящей из усилителя 4, релейного усилителя 5, выходного транзистора 6 и блока стабилизации 7. Между пластинкой и магнитом имеется зазор, в котором находится вращающийся стальной экран 2. Экран имеет прорези, количество которых равно числу цилиндров двигателя. Когда через зазор проходит прорезь экрана, то на пластинку проводника действует магнитное поле и с неё снимается разность потенциалов. Если же в зазоре находится металлический экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действуют. В этом случае разность потенциалов на пластинке не возникает.
Интегральная микросхема, встроенная в датчик, преобразует разность потенциалов, создающуюся на пластинке, в отрицательные импульсы напряжения на выходе датчика, которые передаются в транзисторный коммутатор, управляющий работой катушки зажигания.
На графике II импульсы датчика Холла, на графике I импульсы транзисторного коммутатора.
На нижнем рисунке датчик-распределитель 40.3706 двигателя ВАЗ-2108.
1 - корпус;
2 - центробежный регулятор;
3 - цилиндрический стальной экран с прорезями;
4 - датчик Холла;
5 - ротор распределителя;
6 - крышка распределителя;
