descripción general
Este documento técnico describe brevemente la tecnología de efecto Hall, sus principios básicos y las extensiones a las técnicas avanzadas actuales. Este libro blanco incluye una revisión de las áreas históricas de interés en las técnicas de efecto Hall y cómo se han percibido. En este documento también se proporciona una comparación con la tecnología de interruptores mecánicos. Finalmente, proporciona una descripción general de cómo se usa la tecnología de efecto Hall y cómo se puede usar en varias aplicaciones de electrodomésticos.
La tecnología de sensores de efecto Hall ha avanzado significativamente, ofreciendo alto rendimiento, precisión, consistencia, confiabilidad y un nuevo conjunto de funciones a un costo razonable. Hoy en día, liderando el camino en aplicaciones automotrices de gran volumen sensibles a los costos, centradas en la calidad y la confiabilidad y expuestas a entornos hostiles, los dispositivos de efecto Hall se han distinguido y muchos seguridad crítica Se ha convertido en una tecnología adecuada para la aplicación de calidad. y rendimiento Detección: movimiento, posición, velocidad, dirección, proximidad y corriente. En muchos casos, la aplicación exitosa de sensores de efecto Hall en el sector automotriz es directamente aplicable a la electrónica de consumo.
Los dispositivos de efecto Hall no pueden reemplazar por completo los interruptores mecánicos, pero ofrecen ventajas significativas en la electrónica de consumo. La principal ventaja en comparación con otras tecnologías de conmutación es la conmutación sin contacto y sin rebotes. Esto prácticamente elimina las fallas causadas por el “desgaste” físico y es inmune a la suciedad, el polvo u otros factores ambientales normalmente asociados con condiciones “duras”, aunque estos no afectan al aparato. Es muy importante.
Principio de operación
El elemento básico de un dispositivo de efecto Hall es la pequeña hoja de material semiconductor que se muestra en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 2, la aplicación de una fuente de voltaje constante al elemento hace que fluya una corriente de polarización constante a través del elemento. La salida toma la forma de voltaje y se puede medir a lo ancho de la hoja.
La fuerza de este voltaje en sí es insignificante, pero cuando un elemento Hall polarizado se coloca en un campo magnético con líneas de flujo perpendiculares a la corriente Hall (Figura 3), la salida de voltaje se amplifica y es directamente proporcional a To do. intensidad del campo magnético. Este es el efecto Hall descubierto por EF Hall en 1879.
Este fenómeno es la base de todos los dispositivos de efecto Hall en la actualidad. Usando modernas técnicas y circuitos de fabricación de semiconductores, el elemento Hall básico se puede ampliar de las siguientes maneras:
- Agregue un regulador de voltaje para proporcionar una fuente de alimentación estable en una amplia gama de voltajes de entrada,
- Agregue un amplificador para aumentar la señal disponible.
Estas mejoras se muestran en la Figura 4. La combinación de estos elementos es el componente básico de la mayoría de los HED (dispositivos de efecto Hall) prácticos. Tiene la estructura típica de un HED lineal que proporciona un voltaje de salida proporcional a la fuerza del campo magnético. Por ejemplo, el bloque de la Figura 4 consiste en un detector de umbral de disparo Schmitt con histéresis incorporada (un dispositivo que se enciende y se apaga en respuesta a un nivel predefinido de voltaje o fuerza de campo magnético) y uno de los colectores abiertos. NPN y se pueden combinar. O use un transistor de salida MOSFET de drenaje abierto para crear un interruptor de efecto Hall (digital) (Figura 5).
La implementación de un elemento de efecto Hall de esta manera crea un circuito con capacidad de salida digital. Cuando la densidad de flujo aplicada excede un cierto límite llamado punto de operación (Bop), el gatillo proporciona una transición limpia de apagado a encendido sin rebote de contacto ni “charla”. El transistor que se muestra en la Figura 5 suele ser un interruptor de saturación, que pone en cortocircuito el terminal de salida a tierra siempre que la densidad de flujo aplicada sea mayor que el punto de disparo de Bop. Cuando el campo magnético cae por debajo de Bop hasta cierto límite llamado punto de liberación (Brp), el gatillo proporciona una transición limpia de encendido a apagado. Una histéresis incorporada predefinida (Bhys) elimina las oscilaciones (conmutación espuria de la salida) al introducir una zona muerta magnética por encima de la cual se desactiva la acción del interruptor.
Este tipo de interruptor es generalmente compatible con todas las familias de lógica digital cuando se utilizan resistencias pull-up. Los transistores de salida generalmente pueden absorber suficiente corriente para impulsar directamente muchas cargas, como relés, triacs, SCR, LED, lámparas, etc. Estos circuitos suelen estar limitados a 24 V y 25 mA. Para cargas inductivas como relés, generalmente se requiere un diodo flyback externo. La conmutación de voltajes o corrientes más altos generalmente requiere relés adicionales o dispositivos de potencia discretos, como transistores bipolares o MOSFET, SCR o triacs con resistencias de polarización.