2 Датчики Холла

Первые предложения по техническому использованию эффекта Холла были высказаны на рубеже 19 и 20 веков. Реальная база для этого возникла, однако, значительно позже, а именно со времени разработки технологии получения полупроводниковых материалов, характеризующихся значительными подвижностями носителей тока. К этим материалам относятся: кремний Si, германий Ge, антимонид и арсенид индия InSb и InAs, арсенид-фосфид индия InAsP, арсенид галлия GaAs, селенид и теллурид ртути HgSe и HgTe. Позже в технологических лабораториях были разработаны и другие материалы, такие как кадмий-ртуть-теллур CdHgTe, арсенид кадмия Cd₃As₂ , которые пригодны для технических применений эффекта Холла.

Под датчиками Холла понимают полупроводниковые приборы, преобразующие на основе эффекта Холла индукцию внешнего магнитного поля в электрическое напряжение. Сам датчик представляет собой тонкую пластинку (или пленку) полупроводника, укрепленную (напыленную) на прочной подложке из диэлектрика (слюды, керамики, феррита), с четырьмя электродами для подведения тока и съема ЭДС Холла.

Датчики Холла относятся к активным датчикам, так как они сами вырабатывают измерительное напряжение, связанное с магнитным полем. Они широко применяют в устройствах измерителей магнитной индукции и в аналоговых вычислительных машинах в качестве умножителей элементов. Разработан ряд интегральных схем со встроенным датчиком Холла. Схемы могут быть либо с аналоговым выходом, либо цифровым. На их основе созданы датчики перемещения, измерители частоты вращения, электронные компасы, бесконтактные переключатели, бесколлекторные электродвигатели постоянного тока и т.д.

В качестве примера ниже рассмотрен принцип действия датчика перемещения. Под действием тока I₁₂ и магнитной индукции , направления которых взаимно перпендикулярны, на обкладках датчика возникает напряжение U_х. Величина этого напряжения зависит от размеров датчика, тока I₁₂, постоянной Холла К и магнитной индукции В. При смещении постоянного магнита (рис.7.3) по отношению к датчику Холла напряжение датчика изменится пропорционально перемещению х.

3. Экспериментальная установка

В работе используется датчик ДХК-0.50 (рис. 7.4). Его параметры: толщина а = 0,2 мм, высота b = 3 мм, длина с = 5 мм. Датчик крепится на конце ручного держателя Г-образной формы.

Экспериментальная установка собрана согласно схеме, изображенной на рис.7.5. Источник тока с =17 В подключен через реостат R, амперметр А и ключ К₁ на катушку. Катушка имеет диаметр D=75±0,5 мм, плотность намотки n=3360 м^-1.

Для создания поля датчик Холла ДХ соединен через миллиамперметр и ключ К₂ с источником тока с =4,8 В. Холловская разность потенциалов снимается с датчика милливольтметром.

Рис.7.5.Схема экспериментальной установки

4. Градуировка датчика

Проведите измерения в следующем порядке:

1. Включите ключом К₂ источник тока . При включении на блоке загорается красная лампочка.

2. Миллиамперметр и милливольтметр включите в режим мА и мВ соответственно. При этом их начальные показания должны быть в диапазоне 2,22-2,24 мА и 0,6-0,8 мВ (обратите внимание на знак напряжения).

3. Включите ключом К₁ источник тока . Проверьте регулировку тока при помощи реостата R от нуля до максимального значения (5 А) по показаниям амперметра А.

4. Установите датчик Холла в середину катушки.

5. Постепенно повышая напряжение на катушке реостатом R снимайте показания амперметра А тока катушки I_к через каждые 0,5А и соответствующие им значения ЭДС Холла . Результаты вносите в таблицу 7.1.

6. Пункты 4 и 5 повторите, изменяя направление тока в катушке переключателем П.

7. Для каждого значения I_к вычислите значения индукции магнитного поля катушки B по формуле , где = 4 Гн/м – магнитная постоянная. Результаты внесите в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

№	Iк, А	В, Тл	Ux, мВ (ток катушки в одном направлении)	Ux, мВ (ток катушки в другом направлении)
1.	0
2.	0,6
10.	3

8. Постройте график зависимости Холловской разности потенциалов U_x от проекции вектора магнитной индукции на ось соленоида (см. пример на рис. 7.2).

9. Найдите значения (по угловому коэффициенту прямой на графике, см. пример на рис. 7.2) и .