 |
Лабораторные работы. Лабораторная работа №1. 1. 2. 2. датчики Холла (ДХ)
|
|
|
|
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа №1
Исследование преобразователя Холла
Цель работы - изучение принципа действия, применения и основных характеристик датчиков Холла; исследование характеристики преобразования датчика; определение основных параметров датчика.
1. 1. Объект испытаний
Датчик холла
1. 2. Теоретические сведения
1. 2. 1. Эффект Холла
Согласно теории электромагнетизма на заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле, действует сила Лоренца 
. где В—индукция магнитного поля. Движущиеся в магнитном поле электрические заряды под воздействием силы Лоренца изменяют свою траекторию.
| Рис. 1. 1. Возникновение разности потенциалов на чувствительном элементе датчика Холла в магнитном поле. |
Если в магнитное поле поместить пластину с током, направление которого перпендикулярно вектору магнитной индукции, то под действием силы Лоренца движущиеся заряды будут отклоняться от направления тока, и на противоположных гранях пластины будут скапливаться заряды разных знаков. Накапливание зарядов будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. В результате, на соответствующих сторонах пластины появится разность потенциалов — ЭДС (напряжение Холла), что показано на рис. 1. 1.
Величина ЭДС Холла определяется формулой 
или 
, n—концентрация носителей, j — плотность тока, протекающего через пластину, K—коэффициент, зависящий от материала пластины и её размеров.
Из приведённого соотношения следует, что измеряемый милливольтметром сигнал пропорционален магнитной индукции МП и плотности электрического тока, протекающего в пластине. Следовательно, характеристика преобразования датчиков Холла линейна (как правило, в пределах 1%) практически во всём диапазоне измерений.
|
|
|
Поскольку напряжённость и магнитная индукция МП—векторные величины, показания датчика зависят от ориентации пластины относительно направления МП, а также от неравномерности самого МП. Для того, чтобы полнее охарактеризовать МП, необходимо представить его параметры в трёх пространственных координатах.
Так как напряжение Холла пропорционально величине индукции магнитного поля, то эффект широко используется для измерения параметров магнитных полей. По величине и знаку напряжения в магнитном поле с известными параметрами определяют концентрацию и знак носителей тока.
1. 2. 2. Датчики Холла (ДХ)
При снижении концентрации носителей ЭДС Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний и арсенид галлия, так как они обладают относительно невысокой концентрацией собственных носителей заряда. Напряжение Холла, создаваемого на пластине полупроводника (чувствительного элемента), как правило, требует усиления, поэтому датчики Холла, кроме чувствительного элемента, содержат схемы усиления в интегральном исполнении. Датчики также могут содержать схемы обработки сигналов и схемы компенсации нежелательных эффектов, например, тензоэффекта, влияющие на метрологические характеристики. Все эти схемы выполняются на одном кристалле и смонтированы в одном корпусе.
| Рис. 1. 2. Внешний вид и типичные размеры датчиков Холла |
Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Внешний вид и размеры некоторых датчиков Холла показаны на рис. 1. 2.
|
|
|
Преимущества датчиков Холла: электрический сигнал на выходе, малые размеры, простота использования.
|
|
|
