Linearer Hall-Effekt-Sensor - Arbeits- und Anwendungsschaltung

Lineare Hall-Effekt-ICs sind Magnetsensorvorrichtungen, die auf Magnetfelder reagieren, um eine angemessene Menge an elektrischer Leistung zu erzeugen.

Es wird daher nützlich zum Messen der Stärke von Magnetfeldern und in Anwendungen, die einen durch magnetische Trigger geschalteten Ausgang erfordern.

Die modernen Hall-Effekt-ICs sind unempfindlich gegen die meisten mechanischen Belastungen wie Vibrationen, Rucke, Stöße sowie gegen Feuchtigkeit und andere Luftverschmutzungen.

Diese Geräte sind auch immun gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur, die diese Komponenten andernfalls anfällig für Hitze machen und zu falschen Ausgabeergebnissen führen könnten.

In der Regel können moderne lineare Hall-Effekt-ICs in einem Temperaturbereich von -40 bis +150 Grad Celsius optimal arbeiten.

Grundlegendes Pinbelegungsdiagramm

Ratiometrisch spezifizierte Funktionsweise

Viele standardmäßige lineare Hall-Effekt-ICs wie die A3515 / 16-Serie von Allegro oder DRV5055 von ti.com sind von Natur aus „ratiometrisch“, wobei die Ruheausgangsspannung und -empfindlichkeit des Geräts je nach Versorgungsspannung und Umgebungstemperatur variieren.

Die Ruhespannung könnte typischerweise die Hälfte der Versorgungsspannung betragen. Wenn wir beispielsweise die Versorgungsspannung für das Gerät als 5 V betrachten, würde die Ruheleistung ohne Magnetfeld normalerweise 2,5 V betragen und mit einer Rate von 5 mV pro Gauß variieren.

Wenn die Versorgungsspannung auf 5,5 V ansteigen sollte, würde die Ruhespannung ebenfalls 2,75 V entsprechen, wobei die Empfindlichkeit 5,5 mV / Gauß erreicht.

Was ist dynamischer Versatz?

Lineare Hall-Effekt-ICs wie der A3515 / 16 BiCMOS enthalten ein proprietäres dynamisches Offset-Unterdrückungssystem mit Hilfe eines eingebauten Hochfrequenzimpulses, damit die Restoffset-Spannung des Hall-Materials angemessen gesteuert wird.

Der Restversatz kann normalerweise durch Überformen der Vorrichtung, Temperaturabweichungen oder durch andere relevante Stresssituationen entstehen.

Das obige Merkmal macht diese linearen Geräte mit einer signifikant stabilen Ruheausgangsspannung, die gegen alle Arten von externen negativen Auswirkungen auf das Gerät gut immun ist.

Verwendung eines linearen Hall-Effekt-IC

Der Hall-Effekt-IC kann mit Hilfe der angegebenen Anschlüsse angeschlossen werden, wobei die Versorgungsstifte zu den jeweiligen Gleichspannungsklemmen (geregelt) führen müssen. Die Ausgangsklemmen können mit einem entsprechend kalibrierten Voltmeter verbunden werden, dessen Empfindlichkeit dem Hall-Ausgang entspricht Reichweite.

Es wird empfohlen, einen 0,1-uF-Bypass-Kondensator direkt über die Versorgungsstifte des ICs anzuschließen, um das Gerät vor extern induzierten elektrischen Störungen oder Streufrequenzen zu schützen.

Nach dem Einschalten benötigt das Gerät möglicherweise einige Minuten Stabilisierungszeit, während der es nicht mit einem Magnetfeld betrieben werden darf.

Sobald das Gerät intern temperaturstabilisiert ist, kann es unter den Einfluss eines externen Magnetfelds gebracht werden.

Das Voltmeter sollte sofort eine Auslenkung registrieren, die der Stärke des Magnetfelds entspricht.

Flussdichte identifizieren

Zur Identifizierung der Flussdichte des Magnetfelds kann die Ausgangsspannung der Vorrichtung aufgetragen und über der Y-Achse einer Kalibrierungskurve angeordnet werden. Der Schnittpunkt des Ausgangspegels mit der Kalibrierungskurve würde die entsprechende Flussdichte auf der X-Achse bestätigen Kurve.

Anwendungsbereiche für lineare Hall-Effekte

1. Lineare Hall-Effekt-Geräte können verschiedene Anwendungsbereiche haben. Einige davon sind nachstehend aufgeführt:
2. Berührungslose Stromerfassungsmesser zum Erfassen von Strom, der extern durch einen Leiter fließt.
3. Leistungsmessgerät, identisch mit dem oben genannten (Wattstundenmessung) Stromauslösepunkterkennung, bei dem eine externe Schaltung mit einer Stromerfassungsstufe zur Überwachung und Auslösung einer bestimmten Überstromgrenze integriert ist.
4. Dehnungsmessstreifen, bei denen der Dehnungsfaktor magnetisch mit dem Hallsensor gekoppelt ist, um die beabsichtigten Ausgänge bereitzustellen.
5. Vorgespannte (magnetische) Erfassungsanwendungen Eisenmetalldetektoren, bei denen die Hall-Effekt-Vorrichtung konfiguriert ist, um das Eisenmaterial durch Erfassung der relativen magnetischen Induktionsstärke zu erfassen. Näherungserfassung, wie bei der obigen Anwendung, wird die Nähe durch Annäherung der relativen Magnetstärke über die Halle erfasst Gerät.
6. Joy-Stick mit Zwischenpositionserfassung Flüssigkeitsstandserfassung, eine weitere relevante Erfassungsanwendung des Hall-Geräts. Andere ähnliche Anwendungen, bei denen neben der Hall-Effekt-Vorrichtung die Magnetfeldstärke als Hauptmedium verwendet wird, sind: Temperatur- / Druck- / Vakuummessung (mit Balgbaugruppe) Gas- oder Luftventilpositionserfassung Berührungslose Potentiometer.

Schaltplan mit Hall-Effekt-Sensor

Der oben erläuterte Hall-Effekt-Sensor kann schnell über einige externe Teile konfiguriert werden, um ein Magnetfeld in elektrische Umschaltimpulse zur Steuerung einer Last umzuwandeln. Das einfache Schaltbild ist unten zu sehen:

In dieser Konfiguration wandelt der Hall-Effekt-Sensor ein Magnetfeld innerhalb einer bestimmten Nähe um und wandelt es über seinen 'Out' -Pin in ein lineares Analogsignal um.

Dieses analoge Signal kann leicht zum Ansteuern einer Last oder zum Speisen eines beliebigen Schaltkreises verwendet werden.

So erhöhen Sie die Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeit der obigen grundlegenden Hall-Effekt-Schaltung könnte durch Hinzufügen eines zusätzlichen PNP-Transistors mit dem vorhandenen NPN erhöht werden, wie unten gezeigt:

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