Холл датчик: Датчик Холла — Виды, принцип работы, как проверить

Датчик Холла — Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами — это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Интересно, что датчик Холла есть во многих современных смартфонах (пусть и упрощенный его вариант). Он может определять наличие магнитного поля и работает вместе с магнитным сенсором, который отвечает за работу компаса. Также датчик Холла используется в телефонах, для которых которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — Smart Case. Сенсор определяет, открыта или закрыта крышка чехла, и автоматически включает/отключает дисплей. Чтобы узнать, какие датчики есть в смартфоне, используйте эту инструкцию.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage — напряжение питания датчика

Ground — земля

Voltage Regulator — регулятор напряжения

А — операционный усилитель

Hall Sensor — собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch — выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом — датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую — минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания — на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно — я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит «красным» полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

Кстати, читайте про биполярный транзистор.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть — единичка, сигнала нет — ноль. То есть светодиод горит — единичка, светодиод потух — ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения

Применение цифровых датчиков

  • датчики частоты вращения
  • устройства синхронизации
  • датчики систем зажигания автомобилей
  • датчики положения
  • счетчики импульсов
  • датчики положения клапанов
  • блокировка дверей
  • измерители расхода
  • бесконтактные реле
  • детекторы приближения
  • датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

Приобрести датчик эффектов Холла тут.

Датчик Холла и принцип его работы. Типы датчиков и их особенности.

Главная » Виды датчиков

Содержание

  1. Что такое датчик Холла
  2. Какие бывают типы датчиков Холла
  3. Применение датчиков Холла
  4. Датчик Холла или геркон?

Что такое датчик Холла

Для того чтобы понять, что такое датчик Холла нужно сначала разобраться какие физические свойства он использует. Этот датчик использует внешние магнитные поля и их воздействием на проводники или полупроводники.

В них используется принцип Холла, который заключается в том, что если по проводнику или полупроводнику протекает ток в одном направлении и он проходит перпендикулярно магнитному полю, то можно измерить напряжение, проходящее под прямым углом к движению тока.

датчик Холла

В 19 веке американский физик Эдвин Холл проводил эксперименты с пластиной золота через которую он пропускал электрический ток. Когда он поднес к пластине постоянный магнит, то обнаружил на гранях перпендикулярных протеканию тока разность потенциалов т.е. напряжение. В честь этого ученого и назвали этот эффект.

Датчик Холла является магнитным датчиком т.е. устройством, генерирующим электрические сигналы пропорциональные магнитному полю, которое к нему приложено. Далее сигнал может усиливаться и преобразовываться для дальнейшей обработки.

клещи для измерения тока

Самым простым примером применения эффекта Холла могут служить токоизмерительные клещи, которые применяются для бесконтактного определения силы тока, протекающего по проводнику.

Какие бывают типы датчиков Холла

Датчики Холла подразделяются на два типа:

  1. Аналоговые датчики Холла
    В этом типе датчиков использовано преобразование магнитной индукции напрямую в напряжение. Свое применение аналоговые датчики нашли в измерительных технических устройствах. Это, например, датчики тока, датчики вибрации, датчики угла поворота.
  2. Цифровые датчики Холла
    Цифровой датчик Холла имеет всего два положения, которые показывают наличие или отсутствие магнитного поля. Практически это аналог геркона, но если в герконе присутствует механический контакт, то цифровой датчик Холла бесконтактный.

датчик с эффектом Холла

Подразделяются такие датчики на три вида:

  • Униполярный – когда сила магнитного поля достигает определенной величины датчик срабатывает. Такие датчики откликаются только на один полюс. Если к датчику поднести магнит другим полюсом, то датчик на него не реагирует. Когда сила магнитного поля снижается датчик возвращается в исходное положение.
  • Биполярный – в этом случае имеет значение полярность магнитного поля. Один полюс включает датчик, другой полюс выключает.
  • Омниполярный датчик Холла – реагирует на любой магнитный полюс. Т.е. любой полюс может включать и выключать датчик. Это может быть, как южный, так и северный полюс.

Как правило цифровой датчик Холла имеет три вывода и внешне похож на транзистор.

сенсор Холла с выводами

На два вывода датчика подается питание, которое может быть, как однополярным, так и двуполярным. Третий вывод сигнальный. Такой тип датчиков часто применяется в бесконтактных системах зажигания, как датчик скорости в автомобилях и т.д.

Применение датчиков Холла

Разберем более подробно области применения датчиков Холла.

  • В смартфонах датчик Холла используется в комплекте с магнитным чехлом. Он позволяет определить чехол открыт или закрыт. Если чехол открыт, то смартфон включается, если открыт, то выключается. Также преобразователь Холла ориентирует телефон по горизонту земли и помогает работе компаса. На мобильных телефонах-раскладушках также применяется датчик Холла для определения телефон находится в открытом или закрытом положении.

умный чехол для смартфона

  • В ноутбуках также датчик используется для определения открыта крышка или нет. Сам датчик Холла установлен на материнской плате. На крышке ноутбука установлен магнит. Закрываем крышку – экран гаснет.
  • В стиральных машинах стоит таходачик для подсчета количества оборотов мотора. Электронная система стиральной машинки на основе показаний датчика принимает решение нарастить или уменьшить скорость оборотов и какое количество оборотов нужно для выбранного режима.
  • В автомобилях часто используется эффект Холла в системах зажигания. Находится датчик в трамблере и заменяет собой контактор. Он определяет в какой момент появляется искра и передает данные в блок электроники. Могут применяться униполярные или биполярные данные. Момент создания искры и количество импульсов определяется бесконтактно и теоретически датчики могут работать неограниченное время.
  • В системах сигнализации в бесконтактных выключателях.
  • В системах контроля и управления доступом (СКУД) для чтения магнитных кодов
  • В системах определения уровня жидкости.
  • Для проверки наличия скрытой проводки.
  • Для измерения силы тока.

Arduino с датчиком Холла

  • В робототехнических наборах для изучения эффекта Холла. Это позволяет наглядно показать, как используются магнитные поля в датчиках.

То есть датчики Холла применяются в технических областях там, где требуется бесконтактный способ считывания информации. Недостатком датчиков Холла является их зависимость от электрических помех в электроцепях и как следствие снижение надежности. Но при создании электронных устройств такие факторы учитываются и позволяют снизить эти негативные воздействия.

Датчик Холла или геркон?

Датчики Холла (магнитные)

Технология датчика Холла 2Dex™

Особенности технологии датчика Холла 2Dex™

  • Технология датчика, используемая в датчиках серии FP для тесламетров F71/F41 прямое подключение к тесламетрам F71/F41
  • Повышенная надежность датчика
  • Индикаторы активной области, где это возможно

Дополнительная информация о технологии датчика Холла 2Dex™

Датчики на эффекте Холла обеспечивают удобный метод электронного измерения или обнаружения магнитных полей, обеспечивая выходное напряжение, пропорциональное плотности магнитного потока. Как следует из названия, это устройство опирается на зал.
эффект. Эффект Холла — это возникновение напряжения на листе проводника, когда течет ток, а проводник находится в магнитном поле.

Lake Shore предлагает ряд датчиков Холла для различных применений. Во всех случаях эти датчики выходят за рамки применения простого магнитного обнаружения присутствия, такого как те, которые используются в энкодерах, бесконтактных переключателях и электронных устройствах.
компасы. Датчики Lake Shore полезны для полевых измерений, когда интерес представляют значение поля, направление и полярность.

Упростите полевые измерения

  • Подсоедините датчик напрямую к тесламетру Lake Shore и напрямую считывайте полевые значения
  • Превосходная точность с полной калибровкой, компенсацией температуры и линейности

Узнайте больше о датчиках 2Dex plug-and-play

Руководство по выбору датчика Холла

Датчики Холла Lake Shore обеспечивают гибкость при подаче питания и считывании результирующего напряжения Холла с помощью ваших собственных приборов.

  2Dex
В РАЗРАБОТКЕ
InAs — стабильный InAs — чувствительный GaAs
Что заставляет это работать?
Слова, которые произведут впечатление на вашего босса
Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG) Сыпучий материал из арсенида индия, легированный для высокой стабильности Объемный материал арсенида индия, легированный для повышения чувствительности Тонкая пленка арсенида галлия
Диапазон температур
Преимуществом датчиков Холла без кремния является возможность использования при более экстремальных температурах
от 1 К до 402 К
(от -272 °С до 125 °С)
от 1,5 К до 375 К
(от -271,5 °С до 102 °С)
от 208 °С до 373 К (-65 °С)
100 °C)
от 233 K до 402 K
(от -40 °C до 125 °C)
Взаимозаменяемость
Возможность работы с несколькими датчиками с одинаковым приводом и настройками измерения
Хорошее — узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и малое напряжение смещения Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности значение Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности
Прочность
Способность выдерживать удары и вибрацию
Хорошо Плохо Плохо Хорошо
Совместимость с приборами Lake Shore Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play — полная калибровка датчика
и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру
425 или 475 гауссметр с кабелем HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, т. е. линейность и температурная компенсация не выполняются гауссметром 425 или гауссметром 475 с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что гауссметр не выполняет линейную и температурную компенсацию Нет
Плоский эффект Холла
Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом
Отсутствует, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией Значительный — сыпучий материал создает достаточно плоский эффект Холла, поэтому для точных измерений требуются поля с известными направлениями Значительный — сыпучий материал создает достаточно плоский эффект Холла что для точных измерений требуются поля с известными направлениями Некоторые тонкопленочные элементы могут демонстрировать небольшую погрешность плоскостного эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе
Влияет на точность измерения и разрешение — чем больше число, тем лучше
от 50 до 53 мВ/T, ожидаемое 5,5 до 11 мВ/T 55 до 125 мВ/T 110 до 280 мВ/T
Shiftifity Temproct Coeffious
7066 Shiftifity Coeffious
7066.
200 частей на миллион/°C ожидается 50 частей на миллион/°C 800 частей на миллион/°C 600 ppm/°C
Номинальный ток возбуждения
Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков
1 мА 100 мА 100 мА 1 мА
Типовое входное сопротивление
Полезно при выборе схемы привода
800 Ом 2 Ом 2 Ом 750 Ом
Типовой температурный коэффициент входного сопротивления
Дополнительный источник ошибки измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика
0,7 %/°C ожидается 0,15 %/°C 0,18 %/°C 0,2 %/°C
Наилучшая погрешность напряжения смещения, имеющая

    6 большее влияние на небольших полях
Подлежит определению ±50 мкВ (4,5 мТл) ±75 мкВ (0,6 мТл) ±2,8 мВ (10 мТл)

Датчики Холла | Аллегро МикроСистемс

Датчики Холла

Шон Милано, Allegro MicroSystems

Загрузить версию в формате PDF

Резюме

Allegro MicroSystems является мировым лидером в разработке, производстве и продаже высокопроизводительных интегральных схем для датчиков Холла. Эта заметка дает общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro проектирует и реализует технологию Холла в упакованных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на проводящей пластине с током, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. пластины, как показано на нижней панели рисунка 1.

Фундаментальным физическим принципом эффекта Холла является сила Лоренца, которая показана на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном к приложенному магнитному полю B на него действует сила F, сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к протекающему току.

Рисунок 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B представляют магнитное поле, проходящее перпендикулярно через проводящую пластину.

Под действием этой силы электроны движутся по криволинейной траектории вдоль проводника, и на пластине возникает суммарный заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V H пропорционально напряженности приложенного поля, и что полярность V H определяется направлением на север или юг приложенного магнитного поля. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

  • В H – напряжение Холла на проводящей пластине,
  • I — ток, проходящий через пластину,
  • q — величина заряда носителей заряда,
  • ρn — число носителей заряда в единице объема,
  • t – толщина плиты.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла распространяется как на проводящие, так и на полупроводниковые пластины. Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем на эффекте Холла для самых разных приложений.

Выключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включит выходной транзистор и соединит выход с GND, действуя как активное низкое устройство.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается аббревиатурой B OP . При снятии поля выходной транзистор закрывается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания или B RP . Разница между B OP и B RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга при переключении из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются южным полюсом (B OP ) и выключаются северным полюсом (B RP ). Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «запирают» выход в текущем состоянии до тех пор, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для обнаружения вращающихся магнитов для коммутации двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства имеют аналоговый выход и используются для измерения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали дроссельной заслонки. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое номинально составляет В CC /2, когда поле не приложено. При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент выключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных областей применения. См. руководства по выбору продуктов Allegro: ИС магнитных линейных и угловых датчиков положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Allegro Интегральные схемы с эффектом Холла (ИС) используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания переключателей с магнитным управлением и аналоговых устройств вывода. Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рис. 2, можно использовать для определения наличия или отсутствия магнита, и он отвечает цифровым выходом.

Рисунок 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы представляют собой электронные структуры, имеющие большое количество элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемых как единое целое. Элементы схемы включают в себя активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Эти компоненты соединены металлом, обычно алюминием, и составляют более сложные операционные усилители и компараторы устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются во всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратного прямоугольника с буквой «X». Его выход усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит интегральные схемы Холла с двумя элементами Холла для обнаружения дифференциальных магнитных полей и даже с тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей. Какой бы сложной ни была топология датчика, все компоненты изготавливаются внутри и на поверхности тонкой подложки из полупроводникового материала.

Структура ИС Холла

Устройства Allegro изготавливаются на кремниевых подложках путем непосредственного легирования кремния различными материалами для создания несущих областей n-типа (электроны) или p-типа (электроны-дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрии, которые составляют активные и пассивные компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены вместе путем осаждения металла по геометриям. Таким образом, активные и пассивные компоненты электрически связаны друг с другом. Поскольку требуемая геометрия очень мала, в диапазоне микронов, а иногда даже меньше, плотность схем чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы. На рис. 3 показано, как элемент Холла интегрируется в микросхему Allegro. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рис. 3. Сечение одного элемента Холла; эпирезистор N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток направляется из одного угла пластины в противоположный угол, в двух других углах пластины возникает напряжение Холла в присутствии перпендикулярного магнитного поля. Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы составляют активные компоненты, такие как транзисторные структуры NPN или NMOS. На рис. 4 показаны поперечные сечения транзисторов NPN и PMOS.

Рис. 4. Сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n-NPN-типа (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются в подложке, пока она еще находится в форме большой пластины. Схемы повторяются в виде рядов и столбцов, которые можно распилить на отдельные кристаллы, или «чипы», как показано на рисунке 5.

ИС с одним датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть как красный квадрат в середине микросхемы, а также схема усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рисунок 6. ИС с одним Холлом

Упаковка устройства Холла

После распиливания рядов и столбцов кремниевых пластин на отдельные матрицы, матрицы затем упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый пакет, один из многих возможных стилей, показан на рисунке 7. Внутри корпуса виден кристалл, установленный на медной подложке. Контакт с медными выводами осуществляется через золотую проволоку, соединяющую металлические площадки на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса. Затем упаковка герметизируется или заливается пластиком для защиты штампа от повреждений.

Рисунок 7. Типичный полный комплект устройства Холла с установленным кристаллом и проводными соединениями с выводами.

Пакет на рис. 7 представляет собой простой переключатель, показанный на рис. 2, с VCC, GND и выходными проводами в миниатюрном 3-контактном однорядном корпусе (SIP). Другие пакеты можно увидеть на рисунке 8, они включают в себя пакет масштабирования микросхемы (CSP) на уровне пластины, SOT23W, MLP, 3-контактный SIP-пакет UA и 4-контактный SIP-пакет K.

Back to top