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                霍尔开关 工作原理及应用范围

                2022-07-08 20:37:34 来源:接近开关 作者:上海定宸小编 浏览:83
                [导读]: 霍︾尔集成电路是与电子电路集成的霍尔元件。它由霍尔元件、放大器、温度补偿▼电路和稳压电路使用集成电路工艺技术制成。它可以感应所有与磁性有关的物理量,并输出有关的电子控制信〖息,因此霍尔集成电●路既是a集成电】路又是a磁敏〗传感器,一般采用DIP或扁平封装。原则1。霍尔集成电路当通电的半㊣导体片材垂直」放置在磁场中时,会在片材的两侧产生电势差。这种现象称为霍尔效应。该电位差称为霍尔㊣ 电势,电位◥的大小E=KIB/d,其中k是霍尔系数,d是片的厚▓度,I是电流,B是磁感应。图1示出
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                  霍尔集成电路 是与电子电路集成的 霍尔元件。它由 霍尔元件 、放大器、 温度补偿电路 和 稳压电路 使用 集成电路工艺 技术制成。它可以感应所有与磁性有关的物理量,并输出有¤关的电子控制信息,因此 霍尔集成电路 既是a 集成电路 又是a 磁敏传感器,一般采用 DIP 或扁平封装。

                  原则1。霍尔集成电路

                  当通电的半导体片材垂直放置在磁场中时,会在片材的两侧产生电势差。这种现象称为 霍尔效应。该电位差称为 霍尔电势,电位的大小E = KIB/d,其中k是 霍尔系数,d是片的厚▓度,I是电流,B是磁感应。图1示出了 霍尔效应 的原理: 在三维空间中,霍尔 半导体○板在 XOY 平面中,该平面垂直于磁场的方向,并且该磁场指ぷ向y轴的方向,电流I沿x轴传递。由于移动电荷和磁场之间的相互作用,结果是z轴 方向上 上的 霍尔电势E及其值。为此,霍尔元件 和电子电路被集成在约2毫米 * 2毫米的硅【衬底上,并且实现 霍尔 温度稳定性和可靠性 集成电路。

                  2.典型 霍尔集成电路 结构分析

                  霍尔集成电路 根据输出模式可分∩为线性类型和开关类型,根据 集成电路 内部 有源器件 可分为双极类型和MOS类型。图2和图3分别示出了双极型 霍尔※集成电路内部 的原理结构和逻辑结构,图2为开关型,图3为线型。在图2 IC 中,霍尔元件H的磁检测被反映◤为高电平和低电平的输出。V1和V2由 差分放◎大器 组成,其以约几十倍的放大倍数放大 霍尔电势。V3 和 V4 构成 施密特触发▆器,其将放大 霍尔电势整形 成矩形脉冲;V5 和 V6 进一步■缓冲和放大矩形脉冲; V7和 V8 是 开路◣集电极 输出管。在图2a中有两个输出端子。这里采用 集电极开路 输出结构的原因是它可以具①有较大的负载能力,并且易于与不同类型的电︻路接口。然而,一些 霍尔集成电路 采用开路发射极输出◥的形式,如图2b和2c所示。图3显示了ω 线性 霍尔集成电路 的内部结构,其输出电压可以随施加的磁♂场强度连续变化,其输出变化曲线一般△如图4所示。它的特点是灵敏度高,输出动态范围宽,线性度好。在图3a中,V1和V2是 差分放大器,R1和 R2 的发射极电阻器的负反馈扩大了电路的线●性范围,并且 V5 和 V6第二级差分 的放大使得放大系数非常高。一些线性 霍尔集成电路 还设置引出外部 电位器 以补偿,零或改变电路的灵敏度。

                  3的应用。霍尔集成电路

                  霍尔集成电@路具有无接触、无磨损、无火花、功耗低、寿命长、灵敏度高、工作频率高等特点。能在各种恶劣环境下稳定可靠地工作。对々于开关型霍尔IC,其**基本的应用是作为接近开关,例如,它◥可以用作霍尔无触点开关、限位开关、方向开关、压力开关、转速表等。霍尔可用于非接触式测距、非接触式电位器、无刷电机、磁场测量高◥斯计、磁性探伤等。对于开关型霍尔IC,其输出一般为开路集电极♀晶体管开路发射极输出,因此可以很容易地与其连接。可与TTL、CMOS数字电路、PLC输入、固态继电器及各种AC/DC电子开关≡接口。图5-6示出了各种驱动接口模式,其中图5-6中的霍尔IC。5为开路集电≡极输出,图中为霍尔IC。6是开路发射极输出的形式。

                  4.应用实←例和电路(1)霍尔电势爱因斯坦KIBhandd在实际应用中都是固定的k I d值,E是B线性函数,即磁通量,因为线性霍尔〇集成电路的输出电流与检测到的磁感应强》度成线性关系,所以可以用微安培计测量磁场高斯的大小。(2)由于电场的存在,不可避免地会产生磁场№№,因此线性霍尔IC也可以№用来检测交、直流电流的变化。如图8标准磁铁芯上有间隙,在该间隙上有线圈和检测电↓流,因此线圈产生的磁场可以同时在铁芯间隙用线性霍尔IC感测表示。该方法还可用于过电流▲、过压、欠压保护,其中霍尔IC还可采ξ用开关式保护。(3)当两个不同极性的磁体中心的磁感应强度为0时,当其中一个磁体线性霍尔IC产生偏离一侧』的位移时,霍尔IC的输出电压将与其位移成正比,因此用该方法得到的力的大小♂为霍尔IC。(4)霍尔IC代替无刷电机中的电刷起换流作用,克服了使用R为无刷电机永磁转★子的电刷噪音大、易磨损、寿命短等缺陷。直径方向上和H2彼此垂直的H1是两个片霍』尔线性IC,每个片控制四个依次向定子线圈L1-L4提供电流的晶体管。(5)转速测∮量方法如图11所示。将小磁铁固定在旋转体上,每转一圈输出〓一个脉冲霍尔IC。转数可以通过计数器测量脉冲数来获得,每单位时间的转数就是转速。

                  (6)图12显示霍尔液位控制方≡法。把磁铁固定在花车上。当液位上升,磁体接近霍尔开关集成电路A时,AN的状∏态颠倒,控制电路使泵停止工作。当水池中的液位下降时,浮子上的磁铁作用于霍尔◥开关B。控制电路使泵工作。

                  (7)非接㊣ 触式电位器的应用电路如图13所示,霍尔线性IC和双基极二极管构成张弛振荡器。振荡器输出脉冲的形成和两个脉冲之间的间隔取决▂于输出电压霍尔IC。用霍尔IC控制双向可控硅导通角可以起到功率调节的作用。

                  (8) 汽车电子点火器电路如图14所示,当车用启动磁钢╲霍尔IC作用时,开关型IC输◆出低电平,V1、V2突然切断,L中储存的磁能在L、C2通道中〒振动,形成约200V交变电压,然后通过整个L增压产生15kV以上的〓高压,产生电火花,点燃气缸内的燃油。

                  (9) 无触@ 点交流开关如图15所示,当磁体接近霍尔开关IC、SCR时,切断;磁铁离开后,单向可控硅打开,负载继卐续工作(10)无线防盗报警器,如图16所示。当门窗上的小磁铁接近霍尔开关IC、IC时,输出低电平,V因无平坦位置而切断;然而,当※门窗移位时,小磁铁与IC分离,V偏R2,电路振动,发出无线电报警信号。

                  5、 霍尔IC霍尔集成电路电压范围宽,但实际电压应低︻而非高,一般为4.5-6V。电源电压过高会导致电路温升,使电路不稳定。2.开关型霍尔IC当驱动载荷时,其卐负载电流应小于霍尔IC负载容量。为了使输出电压幅值霍尔更大,通常在输出端增加电阻较√大的负载电阻。3.当霍尔IC驱动的负载容量为感应时,应在输出端添加连续电Ψ 流二极管。4、在霍尔IC不同等级的驱动载荷时,**好增加隔离缓冲级,可采用光电▃耦合器或三极管驱动级。

                  5.远距离发送霍尔IC信号时,开关输出与接地之间可加一个解耦电容器,消除干扰脉冲;同轴电缆应用于传输线性霍尔IC输出信号,但**大长度不得超过⊙几十米。

                  6、most霍尔IC的磁感应距离为5-10mm,在々实际操作中应进行控制,信号发送磁钢应与霍尔IC的感应∞点直接相对,以减小磁回路的磁阻,使信号发送检测可靠准确。

                  为了提高开①关或线性霍尔IC的磁感应灵敏度,可以使用小磁铁来增强磁偏压或增加发射磁铁的面积。

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