Sensore lineare ad effetto hall - Circuito di lavoro e applicazione

I circuiti integrati lineari ad effetto Hall sono dispositivi sensori magnetici progettati per rispondere ai campi magnetici per produrre una quantità proporzionale di uscita elettrica.

Diventa quindi utile per misurare la forza dei campi magnetici e nelle applicazioni che richiedono un'uscita commutata tramite trigger magnetici.

I moderni circuiti integrati a effetto hall sono progettati con immunità alla maggior parte delle condizioni di stress meccanico come vibrazioni, sobbalzi, urti e anche contro l'umidità e altri inquinanti atmosferici.

Questi dispositivi sono anche immuni alle variazioni di temperatura ambiente che altrimenti potrebbero rendere questi componenti vulnerabili al calore producendo risultati di uscita errati.

In genere, i moderni circuiti integrati lineari a effetto Hall possono funzionare in modo ottimale in un intervallo di temperatura da -40 a +150 gradi Celsius.

Schema di piedinatura di base

Funzionamento raziometrico specificato

Molti circuiti integrati lineari a effetto Hall standard come la serie A3515 / 16 di Allegro o DRV5055 di ti.com sono 'raziometrici' per natura, in cui la tensione e la sensibilità di uscita a riposo dei dispositivi variano in base alla tensione di alimentazione e alla temperatura ambiente.

La tensione di riposo potrebbe essere tipicamente la metà della tensione di alimentazione. Ad esempio, se consideriamo la tensione di alimentazione del dispositivo pari a 5 V, in assenza di campo magnetico la sua uscita di riposo sarebbe normalmente di 2,5 V e varierebbe a una velocità di 5 mV per Gauss.

Nel caso in cui la tensione di alimentazione aumentasse a 5,5 V, anche la tensione di riposo corrisponderebbe a 2,75 V, con la sensibilità che raggiunge i 5,5 mV / gauss.

Cos'è l'offset dinamico

I circuiti integrati ad effetto Hall lineare come l'A3515 / 16 BiCMOS incorporano un sistema proprietario di cancellazione dell'offset dinamico con l'aiuto di un impulso ad alta frequenza integrato in modo che la tensione di offset residua del materiale Hall sia controllata in modo appropriato.

L'offset residuo potrebbe sorgere normalmente a causa del sovrastampaggio del dispositivo, discrepanze di temperatura o per altre situazioni stressanti rilevanti.

La caratteristica di cui sopra rende questi dispositivi lineari con una tensione di uscita quiescente significativamente stabile, ben immune a tutti i tipi di impatti negativi esterni sul dispositivo.

Utilizzo di un circuito integrato ad effetto Hall lineare

L'IC ad effetto Hall può essere collegato con l'ausilio delle connessioni fornite, dove i pin di alimentazione devono andare ai rispettivi terminali di tensione CC (regolati) .I terminali di uscita possono essere collegati ad un voltmetro opportunamente calibrato avente una sensibilità corrispondente all'uscita Hall gamma.

Si consiglia di collegare un condensatore di bypass da 0,1uF direttamente attraverso i pin di alimentazione dei circuiti integrati per proteggere il dispositivo da disturbi elettrici indotti dall'esterno o da frequenze parassite.

Dopo l'accensione, il dispositivo potrebbe richiedere alcuni minuti di stabilizzazione durante i quali non deve essere utilizzato con un campo magnetico.

Una volta che il dispositivo si è stabilizzato internamente alla temperatura, può essere portato sotto l'influenza di un campo magnetico esterno.

Il voltmetro dovrebbe registrare immediatamente una deflessione corrispondente all'intensità del campo magnetico.

Identificazione della densità del flusso

Per identificare la densità di flusso del campo magnetico, la tensione di uscita del dispositivo può essere tracciata e posizionata sull'asse Y di una curva di calibrazione, l'intersezione del livello di uscita con la curva di calibrazione confermerebbe la densità di flusso corrispondente sull'asse X curva.

Aree di applicazione effetto Hall lineare

1. I dispositivi lineari ad effetto Hall potrebbero avere diverse aree di applicazione, alcune delle quali sono presentate di seguito:
2. Misuratori di rilevamento della corrente senza contatto per rilevare la corrente che passa esternamente attraverso un conduttore.
3. Misuratore di rilevamento della potenza, identico al precedente (misurazione wattora) Rilevamento del punto di scatto della corrente, in cui un circuito esterno è integrato con uno stadio di rilevamento della corrente per monitorare e far scattare un limite di sovracorrente specificato.
4. Misuratori di estensimetri, in cui il fattore di deformazione è accoppiato magneticamente al sensore di Hall per fornire le uscite previste.
5. Applicazioni di rilevamento polarizzato (magneticamente) Rivelatori di metalli ferrosi, in cui il dispositivo ad effetto Hall è configurato per rilevare il materiale ferroso attraverso il rilevamento della forza di induzione magnetica relativa Rilevamento di prossimità, come per l'applicazione sopra, la prossimità viene rilevata approssimando la forza magnetica relativa sulla Hall dispositivo.
6. Joy-stick con rilevamento della posizione intermedia Rilevamento del livello del liquido, un'altra importante applicazione di rilevamento del dispositivo Hall. Altre applicazioni simili che coinvolgono la forza del campo magnetico come mezzo principale insieme al dispositivo ad effetto Hall sono: Rilevamento di temperatura / pressione / vuoto (con gruppo a soffietto) Rilevamento della posizione della valvola dell'aria o dell'acceleratore Potenziometri senza contatto.

Schema del circuito con sensore ad effetto Hall

Il sensore ad effetto hall spiegato sopra può essere rapidamente configurato attraverso alcune parti esterne per convertire il campo magnetico in impulsi elettrici di commutazione per il controllo di un carico. Il semplice schema elettrico può essere visto di seguito:

In questa configurazione, il sensore ad effetto hall convertirà un campo magnetico entro una prossimità specificata e lo convertirà in un segnale analogico lineare attraverso il suo pin 'out'.

Questo segnale analogico può essere facilmente utilizzato per pilotare un carico o per alimentare qualsiasi circuito di commutazione desiderato.

Come aumentare la sensibilità

La sensibilità del circuito ad effetto Hall di base sopra potrebbe essere aumentata aggiungendo un transistor PNP aggiuntivo, con l'NPN esistente, come mostrato di seguito:

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