Параметры и характеристики датчиков Холла

Датчик Холла представляет собой магнитоэлектрический полупроводниковый прибор, основанный на использовании эффекта Холла, На рис. 2 показаны схемы включения датчика Холла.

Напряжение, подаваемое на управляющие электроды U₁, называется входным напряжением датчика Холла, а сопротивление R₁ между этими электродами называется входным сопротивлением.

Величина этого сопротивления при отсутствии магнитного поля определяется по формуле.

(10).

где р — удельное сопротивление полупроводника.

С ростом напряженности магнитного поля входное сопротивление увеличивается.

Напряжение между двумя другими (холловскими) контактами называется выходным и обозначается U₂ (рис. 2). Сопротивление между холловскими контактами называется выходным и обозначается R₂. Величина его при отсутствии магнитного поля определяется выражением.

. (11).

Здесь не учтена неравномерность распределения тока по сечению датчика. Выходное сопротивление, так же как и входное, с увеличением магнитного поля растет.

На рис. 3 приведено семейство вольт-амперных характеристик датчика для одного и того же значения входного тока и для нескольких значений индукции магнитного поля. С возрастанием поля крутизна возрастает вследствие того, что возрастает внутреннее сопротивление датчика R₂.

Одной из важных характеристик датчика, позволяющей оценить его эффективность, является коэффициент передачи К. Он определяется как отношение выходного напряжения к входному при заданном значении управляющего магнитного поля:

. (12).

Учитывая выражения (8), (6) и что I₁ = U₁/R₁, можно найти коэффициент передачи:

. (13).

Коэффициент передачи с увеличением индукции магнитного поля возрастает.

Обычно датчик э. д. с. Холла работает на внешнюю нагрузку. Схема включения показана на рис. 2 (нижний рисунок). Подводимая к датчику мощность от внешнего источника тока равна.

(14).

Ток, протекающий в выходной цепи датчика Холла,.

; (15).

где R_Н — сопротивление нагрузки. Мощность, отдаваемая в нагрузку,.

. (16).

При согласовании выходного сопротивления и нагрузки достигается максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку,.

. (17).

Учитывая (6), получим.

(18).

Максимальная отдаваемая мощность ограничивается предельно допустимой мощностью рассеяния на датчике. Коэффициент полезного действия датчика Холла определяется как отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р_Н к мощности на его входе:

.

При согласованной нагрузке, учитывая (12) и (16), к. п. д. датчика.

(19).

К. п. д. датчика Холла обычно не превышает 20%. Величина его не зависит от входного тока.

Для увеличения э. д: с. Холла и выходной мощности необходима увеличивать входную мощность.

Важной характеристикой датчика Холла является чувствительность. Определяется она как э. д. с., возникающая на холловских контактах при единичном управляющем токе и единичном значении магнитной индукции:

Выражение (6) с учетом (18) примет вид.

(21).

Важным параметром датчика Холла является отношение, характеризующее э. д. с. Холла, приходящееся на единицу магнитной индукции. Этот параметр называется магнитной чувствительностью:

(22).