Датчики Холла. Схеми включення датчика Холла, страница 2

Однією з важливих характеристик датчика, що дозволяє оцінити його ефективність, є коефіцієнт передачі К. Він визначається як відношення вихідної напруги до вхідної при наданому значенні керуючого магнітного поля:

                                                        (10.10)

Враховуючи вирази (10.8), (10.6) і що , можна знайти коефіцієнт передачі:

                                                  (10.11)

Коефіцієнт передачі зі збільшенням індукції магнітного поля зростає.

Звично датчик е.р.с. Холла  робить на зовнішнє навантаження. Схема включення для цього випадку показана на мал.10.2. Потужність, яка підводиться до датчика від зовнішнього джерела струму:                              .                                               (10.12)

Струм, який проходить у вихідному цепу датчика Холла:

,                                          (10.13)        

  де - опір навантаження.

Потужність, що віддається навантаженню:

.                              (10.14)

За узгодженого вихідного опору та навантаження досягається максимальна потужність, що віддається до навантаження:

                                        (10.15)

Враховуючи (10.6.), отримаємо:

.                                            (10.16)

Максимальна віддаваєма потужність обмежується гранично допустимою потужністю розсіяння на датчику. Коефіцієнт корисної дії датчика Хола визначається як відношення потужності, віддаваємої до навантаження, до потужності на його вході:

.

За узгодженого навантаження за урахуванням (10.12) і (10.16) запишимо для к.к.д. датчика:

                                            (10.17)

К.к.д. датчика Холла звичайно не перевищує 20%. Його значення не залежить від вхідного струму.

Для збільшення е.р.с. Холла та вихідної потужності необхідно збільшувати вхідну потужність.

Важливою характеристикою датчика Холла є чутливість . Визначається вона як е.р.с., виникаюча на холловських контактах за одиничного керуючого струму та одиничного значення магнітної індукції:

                                (10.18)

Вираз (10.6) з урахуванням (10.18) прийме вигляд:

.                                                (10.19)

важливим параметром датчика Холла є відношення, що характеризує е.р.с. Холла, що приходиться на одиницю магнітної індукції. Цей параметр називають магнітною чутливістю:

                                 (10.20)

Матеріал, з якого виготовляють датчик Холла, повинен мати максимальну рухомість носіїв заряду з мінімальними температурними залежностями їх рухомості та концентрації.

Для отримання найбільшого значення е.р.с. Холла необхідно вибрати матеріал з невеликою електропровідністю. Для цієї мети використовують плівки селеніду та телуриду ртуті, антимоніду індію і тверді розчини цих сполучень. Вони володіють високою рухливістю носіїв заряду навіть у тонких монокристалічних плівках. Тонкоплівочні датчики, отримані методом випарювання з цих матеріалів, володіють слабкою залежністю коефіцієнта Холла та опору від температури на напруженості магнітного поля, що обумовило їх широке використання.

Для виготовлення датчиків Холла застосовують також монокристалічний германій та кремній, легіровані фосфором та сурмою. Датчики Холла, виготовлені з цих матеріалів, мають високий коефіцієнт Холла і низький температурний коефіцієнт. Максимальна е.р.с. Холла досягає 1В.

Щоб підвищити е.р.с. Холла датчики виготовляють у вигляді пластинок або тонких плівок, тим паче що за їх допомоги проводять вимірювання магнітних полів у малих зазорах.

На основі ефекту Холла можна зробити ряд пристроїв та приладів, що володіють цінними і навіть унікальними властивостями і займаючих важливе місце у вимірювальній техніці, автоматиці, радіотехніці і т.п.

Так як е.р.с. Холла пропорційна струму І і індукції магнітного поля, то за постійного току е.р.с. буде пропорційна тільки індукції магнітного поля. Це дозволяє використовувати датчики Холла для виміру індукції магнітних полей. Крім того датчики е.р.с. Холла використовуються для виміру струмів та потужностей. Якщо підтримувати постійною напруженість магнітного поля, то е.р.с. Холла буде змінюватись пропорційно величині струму, що проходить скрізь датчик. якщо датчик Холла помістити у магнітне поле, пропорційне протікаючому крізь навантаження струму, і на вході його подати напругу, пропорційну напрузі на навантажені, то е.р.с. Холла буде пропорційна потужності, що виділяється на навантажені.

Датчики Холла застосовуються для вимірювання сили, тиску, кутів, переміщень та інших неелектричних величин.

У напівпровідниковому виробництві ефект Холла застосовується для вимірювання рухливості і концентрації носіїв заряду напівпровідникового матеріалу. Для цієї цілі на спеціально заготовленому зразку вимірюють е.р.с. Холла і за його значенням роблять висновок що до рухомості і концентрації носіїв заряду матеріалу, що використовується для виготовлення напівпровідникових приладів.