Как поменять датчик холла: Замена датчика холла на ВАЗ 2101-ВАЗ 2107

Содержание

Как проверить и заменить датчик Холла на ВАЗ 2106: советы, фото и видео

Датчик Холла является одним из основных элементов бесконтактной системы зажигания двигателя ВАЗ 2106. И это устройство, как и все остальные в отечественных авто, имеет свойство периодически ломаться. Поэтому мы расскажем вам о том, как понять что сломался датчик Холла ВАЗ 2106, как его проверить и как происходит замена устройства.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Распознаем проблему

Тюнингованный автомобиль ВАЗ 2106

Проблемы в функционировании датчика Холла на автомобиле ВАз 2106 могут проявляться по-разному. Иногда даже опытный специалист не сможет обнаружить поломку. Поэтому мы рассмотрим основные симптомы, которые могут свидетельствовать о неисправности данного элемента:

  • двигатель стал плохо заводиться или вовсе не заводится;
  • машина плохо работает на нейтральной скорости: периодически могут проявляться рывки, автомобиль глохнет;
  • в случае, когда машина набирает обороты, двигатель может подергаться и заглохнуть;
  • мотор периодически глохнет во время езды.

Если один из этих симптомов характерен для вашего авто, то это, разумеется, может свидетельствовать и о других неисправностях. Однако, в первую очередь необходимо проверить именно датчик Холла ВАЗ 2106.

 Загрузка …

Как проверить?

Есть несколько методов, которые помогут определить работоспособность датчика Холла на вашем авто. Рассмотрим эти способы подробнее:

  1. Наиболее простым методом является диагностика работы двигателя ВАЗ 2106 с новым, заведомо рабочим датчиком Холла. Если таковой у вас имеется, то установите его на место старого и попробуйте эксплуатировать авто. В том случае, если проблема исчезла, то ответ очевиден.
  2. Попробуйте проверить наличие искры в двигателе. Это делается при включении зажигания. Для этого необходимо демонтировать колодку, установленную на трамблере, которая называется распределителем. Теперь включите зажигание.
    После этого вам потребуется взять небольшой кусочек провода и соединить его концы с третьим и шестым выходами коммутатора. В том случае, если во время подключения провода появилась искра, то это означает, что датчик Холла ВАЗ 2106 вышел из строя и необходима его замена.
  3. Также проверку работоспособности можно осуществить при помощи вольтметра. Вам необходимо подключить устройство к выходу датчика. Если механизм Холла рабочий, то вольтметр будет на него реагировать. При этом стрелка устройства будет колебаться от 0.4 В до 3 В.
Новый механизм для ВАЗ 2106

Процесс замены

Итак, если вы столкнулись с неполадками в работе механизма, то вам потребуется осуществить его замену. Это не так сложно. Что же для этого понадобится?

Готовим инструменты

Заранее подготовьте:

  • ключ гаечный на «13»;
  • отвертку;
  • плоскогубцы;
  • молоток.

Поэтапная замена

  1. Для начала заглушите двигатель и откройте капот авто. От вакуумного корректора необходимо отключить подводящий патрубок.
  2. После этого следует отщелкнуть крышечку распределителя зажигания и демонтировать ее.
  3. Затем вам потребуется отсоединить разъем устройства, которое нужно заменить. Используя гаечный ключ на «13» далее нужно открутить гайку, которая крепит пластинку держателя.
  4. Теперь демонтируйте распределитель.
  5. Используя молоток, из распределителя зажигания следует выбить пружинный винт муфты.
  6. Затем при помощи отвертку выкрутите саморезы, которые крепят вакуумный корректор. Корректор нужно вытащить. Так вы получаете доступ к датчику Холла вашего двигателя. Той же отверткой открутите винты, которые его крепят и демонтируйте механизм.
  7. Замените устройство на новое. Всю последующую сборку следует осуществлять в обратном порядке. После замены совершите контрольную поездку чтобы быть уверенным в том, что устройство работает нормально.

В целом процедура не особо сложная, но, как и в любом другом деле, здесь есть свои нюансы. К примеру, выбивать пружинный винт муфты следует с силой, но осторожно. Деформация деталей впоследствии приведет к более печальным результатам.

Видео «Установка устройства своими силами»

Предлагаем вам узнать, как осуществляется замена механизма.

Была ли эта статья полезна?

Спасибо за Ваше мнение!

Статья была полезнаПожалуйста, поделитесь информацией с друзьями

Да (100.00%)

Нет

Как поменять датчик холла трамблере, проверив его

Датчик холла проверка

Датчик холла – незаменимая составляющая бесконтактной системы зажигания. Основная функция этого регулятора – подавать контрольные импульсы на коммутатор, преобразующий данные и направляющий их на катушку зажигания. Из статьи мы узнаем, как обновляется этот самый датчик.

Вначале неплохо было бы узнать, где же он находится. Представляя собой микроэлектронную деталь, он располагается под пылезащитным экраном в корпусе регулятора трамблера. В зависимости от типа распределителя, датчик может фиксироваться либо винтами, либо заклепками.

Примечание. По сути, операция не представляет собою ничего сложного, а замена проводится в течение 30 минут, если действовать строго по инструкции и ничего нового не придумывать.

Диагностика

Ясно, что рабочий датчик трогать не нужно. Его замена – мера вынужденная. Она является прямым следствием неисправности регулятора и сложностей, связанных с его работой.

Узнать, как работает датчик холла, проверить его – основная задача, которая стоит перед автолюбителем. Как же это сделать?

Диагностика датчика холла

Если отталкиваться от мнения, что при неисправном датчике силовая установка плохо запускается или не заводится вообще, можно получить прозвище дилетанта. Каждый опытный мастер знает, что и при нерабочем датчике мотор автомобиля способен фурычить, в некоторых случаях даже без проблем. Однако проблемы с зажиганием и перебои на скорости (да и в любых режимах) неизбежны.

Итак, распространенными, так сказать, основными признаками неисправности этого датчика надо считать перебои в работе ДВС, потерю мощности и приемистости, нестабильный ХХ или его полное отсутствие.

Чтобы окончательно убедиться в неисправности датчика, следует провести диагностический тест. Он бывает 2-х видов. Первый больше подойдет для новичков-автолюбителей, второй – для более опытных.

Способ 1-й

Вот, как следует поступить:

  • Купить в магазине исправный, новый датчик.
  • Заменить им старый регулятор.
  • Проверить работу ДВС.

Примечание. Проверка функционирования ДВС подразумевает, как становится понятным, его запуск, езду на различных режимах, пуск мотора на ХХ и т. д.

Если заметна разница в лучшую сторону, то все сделано правильно. Старый датчик на свалку, новому – зеленая дорога. А вот, если ДВС по прежнему ведет себя не корректно, значит, проблема в коммутаторе или резисторе, а может быть даже полетела катушка или с проводами свечными проблемка.

Способ 2-й

Принцип работы датчика холла

Подходит для опытных. При наличии специальных знаний в электрике, дело это можно завершить с полным успехом. Только обязательно следует запастись конкретными приборами и устройствами, в число которых входит мультиметр/вольтметр с пределом измерения 15 В и не менее, резистор, колодка трехштекерная и т. д.

По диагностике:

  • Надо демонтировать трамблер.
  • К разъему обычных проводов (не бронепроводов), подсоединить колодку, резистор и какой-нибудь из измерительных приборов (мультиметр или вольтметр). Обязательна интеграция по конкретной схеме.
  • Дальше надо подать ток от АКБ на плюс-контакт, а затем сразу же повернуть трамблерный привод (но не спеша).
  • В процессе диагностики все мини и макси показатели прибора записываются на бумаге.

Точные данные показателей приведены ниже.

В норме наименьшее напряжение должно быть менее или равным 0,4 В, а наибольшее не должно отличаться от напряжения, подаваемого с аккумулятора, более чем на 3 В. Если при поворачивании валика трамблера резкого скачка напряжения не происходит либо наименьшие и наибольшие значения отличаются от нормы, то это означает, что датчик сломан и его следует заменить.

Как провести замену

Для обновления датчика холла, в первую очередь следует демонтировать распределитель. Только полностью сняв его с привода, можно продолжать операцию. Делается это следующим образом.

  • Надо обесточить АКБ во избежание КЗ и других неприятностей.
  • Скинуть бронепровода с крышки трамблера.
  • Вынуть шланг от корректора ВК.
  • Трос газа тоже рекомендуется снять из держателя, чтобы он не мешал.
  • Гайку-фиксатор, держащую кронштейн с проводами, вывернуть.
  • Сам кронштейн тоже демонтировать со шпильки.
  • Пометить линию от распределителя к корпусу дополнительных узлов.

Примечание. Линия делается отверткой ровно. Подсказка поможет при установке трамблера не потерять изначальный момент зажигания.

  • Отцепить от трамблера колодку с проводами.
  • Снять защиту-заглушку из отверстия картера сцепления.
  • Провернуть маховик до тех пор, пока 1-й поршень не встанет в ВМТ.
  • Открутить оставшиеся фиксаторы, снять трамблер.

Регулятор холла на авто

Демонтировав полностью распределитель, можно приступать к обновлению датчика холла. Вот, что надо сделать.

  • Винты-фиксаторы, которые держат датчик, открутить.
  • Бегунок подтянуть вверх, снять его.
  • Демонтировать пылезащитный экран.
  • Вынуть разъем низков. проводов (их держит винтик).
  • Винты-фиксаторы опорной пластинки открутить.
  • Демонтировать кольцо со штифта.
  • Снять фиксаторы корректора ВК.
  • Демонтировать тягу со штифта пластинки.
  • Вытащить ее из корпуса, прежде приподняв отверткой.
  • Фиксаторы, держащие датчик, открутить.
  • Поставить новый.

Случается, что датчик крепится вовсе не винтами, а заклепками. В этом случае рекомендуется менять пластину в сборе с заклепками.

Немного о датчике в заключении

Напомним, что датчик холла – это магнитоэлектрическое устройство, получившее свое наименование в честь великого физика. Последний открыл принцип, на основе которого впоследствии и был создан этот самый датчик. Другими словами, он представил собой настоящий чудо-прибор магнитного поля.

Датчик холла неисправный

Сегодня принято различать это датчики, классифицируемые на два вида – аналоговые и цифровые. Если цифровые датчики способны определять наличие, либо отсутствие магнитного поля, то аналоговые – способны преобразовывать индукцию в напряжение. Недостатком цифрового датчика можно назвать присутствие нечувствительной зоны между порогами, а минусом аналогового – устаревший модуль.

Применение датчики холла нашли широко в автомобилестроении, хотя используются и как составляющие ионных ракетных установок.

Невозможно не выделить основное преимущество датчиков холла – их бесконтактное воздействие. Откуда же оно берется? Оказывается, как заметил Холл, если в магнитное поле поместить пластину, которая будет под напряжением, электроны поспособствуют перпендикулярному ее движению.

Датчик Холла — описание, схема, как проверить и заменить

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

В конце статьи смотрите видео-инструкцию по самостоятельной замене Датчика Холла.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

  • одна соединяется с «массой»,
  • ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
  • с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

  1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
  2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
  3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
  4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео.

Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

  1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо «родного». Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
  2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
  3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Замена датчика Холла в трамблере

Замена датчика Холла в трамблере
 Замена датчика Холла в трамблере
 Автор ALER

Несложная операция по замене датчика Холла в распределителе зажигания не описана в мануале.

Сначала нужно снять трамблер. Снимите крышку (две защелки). Для облегчения последующей установки внимательно посмотрите и хорошо запомните положение бегунка: куда в точности он направлен (можно отметить на крышке клапанов), а также, в каком положении находится шкала +!!!!-. Далее отвинчиваем одну гайку (ключ на 13), снимаем прижим и вынимаем трамблер.

Легкими ударами небольшого молотка через тонкий (3 мм) цилиндрический металлический предмет выбейте штифт, который фиксирует маслоотражательную муфту 22. Штифт представляет собой согнутую в трубку стальную полоску — он виден на разрезе справа. В качестве инструмента можно использовать длинный винт М3. Я пользовался гвоздем того же диаметра, откусив острие и отторцевав его напильником. Собственно, одним этим абзацем можно было и ограничиться:-).

Снимите маслоотражательную муфту и шайбу между ней и корпусом, выньте вал из корпуса трамблера.

Отвинтите датчик Холла 41 (два латунных винта), его разъем (два стальных винта) и вакуумный регулятор 26 (два стальных винта). Тягу вакуумного регулятора 27 снимать не надо: достаточно оттянуть регулятор от корпуса трамблера и в образовавшуюся щель вынуть датчик Холла, разъем и соединяющий их жгутик из трех проводов.

Далее все собрать в обратном порядке, начав с установки нового датчика Холла. Штифт маслоотражательной муфты нужно забивать с той стороны вала, где вокруг отверстия сделана зенковка.

Установите трамблер на место в то положение, которое было отмечено перед разборкой. Обязательно отрегулируйте угол опережения зажигания по стробоскопу.

ALER, 27.05.02.

Как поменять датчик холла ваз 21099 самостоятельно

Случилось как то утром, когда мне нужно было ехать за город, что мой ВАЗ-21099 не завелся. Я не знал, на что грешить. Даже с какого места начинать осмотр. Пришлось звонить другу автомеханику, который очень часто меня выручал. Его предположение заключалось в том, что сломался трамблер, а если быть еще более точным, то датчик Холла, установленный в трамблере.

Причин для его поломки множество, это и грязь, и время использования. Из хороших новостей было то, что всю замену можно сделать своими руками. Достаточно только отвертки, ключей и нового датчика. Да, нужен маркер.

Как заменить датчик Холла самостоятельно

Как оказалось, можно поменять датчик, не снимая трамблер, но это довольно проблематично, и есть вариант повредить что либо.Поэтому я выполнял работы следующим образом:

  1. Перед тем, как я приступил к работам, скинул “минусовую” клемму с аккумулятора.
  2. Сам трамблер располагается рядом с аккумулятором справа по ходу движения автомобиля. Из слов моего приятеля я понял, что от правильной установки трамблера на место, будет зависеть угол опережения зажигания. Поэтому я взял маркер и пометил положение трамблера.
  3. После нужно снять высоковольтные провода и постараться запомнить, куда и какой провод подсоединен. Все они идут от цилиндров.
  4. Теперь дело за колодкой с низковольтными проводами. Она снимается, если отогнуть гребенку.
  5. После этого я открутил верхнюю гайку ключом на 10 и ослабил две нижние гайки.
  6. Теперь нужно выставить поршень первого цилиндра в верхнюю мертвую точку. Чтобы это сделать, нужно лезть в коробку передач.
  7. Сняв заглушку, я поставил рычаг коробки в нейтральное положение, с помощью ключа на 19 прокрутил за шкив коленчатый вал и совместил метки маховика и корпуса коробки.
  8. Я снял шланг вакуум-корректора и до конца открутил гайки, и вытащил трамблер.
  9. Теперь нужно открутить два болта, удерживающих крышку.
  10. Под крышкой находится бегунок и защитная крышка. Я потянул за бегунок и он легко снялся, потом я снял защитную крышку. Теперь пришлось воспользоваться обычной шлицевой отверткой.
  11. Разъем датчика Холла крепится на крышке трамблера винтом, его и нужно открутить и снять разъем.
  12. Сам датчик располагается на опорной пластине, которая крепится двумя винтами. Их я тоже отвернул. Там же находится вакуум-корректор, который также крепится двумя винтами.
  13. Открутив и их, я обратил внимание на шплинт с внутренней стороны. Он установлен на тяге, держащей вакуум-корректор. Шплинт я снял, после отсоединил вакуум-корректор от тяги.
  14. Теперь нужно отсоединить провода, для этого нужно разогнуть держатель, а после я вынул пластину с датчиком и отсоединил его, открутив два винта.

Конечно, перед всей этой процедурой, я заехал в магазин запчастей и прикупил новый датчик Холла.

Обратная сборка

Процесс установки нового датчика занял чуть меньше времени:

  • я прикрепил датчик к пластине;
  • вернул на место провода;
  • установил на тягу вакуум-корректор;
  • вернул стопорный шплинт на место.

Перед установкой крышки на место, я установил бегунок так, чтобы он был напротив выхода для подключения провода первого цилиндра.

В моем случае, на крышке стояли номера цилиндров. В целом я проделал все свои действия в обратной последовательности. Собрав трамблер, я пошел к машине, чтобы установить его на место. В целом, я устанавливал его в той же последовательности, только не трогал коробку передач.

Точно установив трамблер по меткам, я затянул все болты и подсоединил высоковольтные провода в нужные разъемы. Дело осталось за малым. Я закрыл заглушку коробки передач и накинул “минусовую” клемму на аккумулятор. Повернул ключ и моя “девяносто девятая” завелась с первого раза.

Кстати, позже я узнал, что опытные водители всегда возят с собой датчик Холла, на всякий случай.

Датчик Холла на ВАЗ — как и когда его проверять?

Датчик Холла является одной из главный частей бесконтактной системы зажигания. Именно поэтому он вызывает серьезный интерес большого числа автовладельцев. Оно и понятно, ведь в случае неисправности этого устройства, двигатель попросту не запустится. Рассмотрим для чего он нужен и узнаем как его проверить на ВАЗ.

Назначение датчика

Данный датчик представляет собой устройство, которое монтируется как можно ближе к трамблеру и имеет связь с распределительным валом двигателя.   Датчик Холла пришел на замену контактной системе зажигания, который имел примитивную конструкцию, затрудняющую запуск двигателя в плохих погодных условиях, а также в случае обгорания контактов. Современное устройство состоит из вала, на котором установлена пластина в виде небольшой короны. Такая корона имеет определенное число зубьев, которое соответствует количеству цилиндров двигателя. Внутри датчика также устанавливается магнит на постоянной основе.

Теперь происходит следующее. При запуске двигателя начинает вращаться распределительный вал, который заставляет вращаться вал на датчике. При этом, металлические лопасти начинают постоянное пересечение свободного пространства внутри устройства. В результате образуется импульсное напряжение, которое по группе проводов направляется на катушку зажигания. Внутри катушки оно преобразуется в высоковольтное и возвращается уже в трамблер для распределения по цилиндрам.

Как проверить датчик Холла?

Проверка датчика Холла выполняется для выявления его неисправности. Поводом для проверки могут служить следующие признаки неисправности:

 

  • Неустойчивость работы двигателя. Выражается в частом изменении оборотов, а также вибрации двигателя, которая бывает, обычно, при его попытке заглохнуть. Кроме того, вполне возможно, что во время движения автомобиль дергается и развивает не полную мощность.
  • Проблемы с запуском. Если двигатель заводится на сразу или совсем не заводится, имеет место быть проверка датчика.
  • Любое непредсказуемое поведение ДВС, например, его внезапная останока – тоже может быть из-за неисправного датчика Холла.

Если в вашем случае происходит что-то из этого списка, то необходимо сразу же проверить датчик. Для контроля его работоспособности можно применять следующие способы, которыми уже давно пользуются опытные автолюбители:

  1. Первый способ самый популярный и, пожалуй, самый точный. Для этого можно попросить на время заведомо исправный датчик у своего соседа по гаражу или знакомого, установить на автомобиль и проверить работу двигателя. Если перечисленные проблемы сразу же исчезли, значит, вам необходимо приобрести новый.
  2. Если же вы не имеете возможности найти исправное устройство, можно воспользоваться другим методом, который имитирует работу датчика. Для этого вытащите его штекер со стороны трамблера и включите зажигание. Замкните выходы 3 и 6. Если вы наблюдаете небольшое искрение, значит, датчик нуждается в замене.
  3. Следующий метод используется уже более грамотными мастерами. В этом случае вам понадобится самый обычный вольтметр. С помощью его щупов нужно замерить выходное напряжение датчика, которое должно соответствовать диапазону значений от 0,4 до 11 Вольт.
  4.  

    Последний метод не предусматривает использование вольтметра, но тоже может помочь при диагностике неисправности. Вам необходимо лишь выполнить следующее: вывод трансформатора нужно подключить к самой обычной свече зажигания, а ее резьбовое соединение, которое используется для крепления, подключить к «массе». Каретку с датчиком снимите и включите в разъем проводов. После этого, включите зажигание, а возле контактов проведите металлической отверткой, если устройство рабочее, то должна появиться искра.

Это все способы, с помощью которых можно проверить датчик Холла. Не исключено, что существуют и другие методы. Сразу после проверки, в случае выявления неисправности, датчик необходимо заменить, тогда работа двигателя сразу выйдет на нормальный уровень. 

Как заменить датчик Холла ВАЗ 2107 своими руками?

Если система зажигания автомобиля ВАЗ-2107 неисправна, то автомобиль просто никуда не поедет. Топливно-воздушная смесь обязана своевременно сгорать, высоковольтное напряжение должно правильно подаваться, и к тому же должна быть нормальная искра. Для выполнения все этих функций и предназначена деталь, называемая трамблером.

Электронная система зажигания автомобиля, прозванного в народе семеркой, он же официально – ВАЗ-2107, имеет основную проблему и значительный изъян – у нее частенько дает сбои датчик Холла, находящийся в трамблере. Датчик назван именем физика Холла, который открыл метод, на его основе и состоит принцип работы датчика Холла. Датчик занят коммутированием питания в системе зажигания. Без его нормального функционирования, автомобиль долго не проедет. Перефразируя Высоцкого, «это будет уже не езда, а ерзанье». А при неисправной системе зажигания ваш автомобиль ВАЗ-2107 вообще станет, как вкопанный. Трамблер сам по себе выполняет три функции. Благодаря ему образуется искра, он занят передачей высокого напряжения на свечи и контролем момента, когда искра образовывается.

Читайте также: Выбор сцепления на ВАЗ 2107

Заменить датчик – не очень приятный процесс, для этого нам понадобится заняться полной разборкой всего трамблера. Давайте разберемся, что нам понадобится в работе. Нужны две отвертки – плоская и крестовая, и плоскогубцы с удлиненными губками, а также ключ на десять.

Снятие трамблера с автомобиля ВАЗ-2107

Для замены датчика нам потребуется полное снятие трамблера с автомобиля. Где находится трамблер на автомашине ВАЗ-2107? Он располагается под капотом автомобиля, слева по ходу движения. К нему присоединено пять высоковольтных проводов.

Прежде чем это сделать, обратите внимание на расположение трамблера относительно корпуса. Запомните это положение или сделайте пометки мелом для того, чтобы потом не заниматься регулировкой зажигания. В первую очередь с аккумулятора снимается клемма, после отсоединяются провода, прикрепленные к катушке зажигания, далее идет отсоединение центрального высоковольтного провода. С помощью десятого ключа выкручиваем болты и вынимаем трамблер из ВАЗ-2107. Напоследок снимается крышка самого трамблера.

Что делать дальше после этого

После того как мы выкрутили крышку трамблера, мы увидим в нем деталь, называемую в народе бегунком. Правильное название этой детали – ротор. Снимается она просто – надо потянуть ее к себе, приложив небольшое усилие. После того как бегунок снят, нам следует снять черную крышку из пластика. Теперь при помощи плоской отвертки снимаем болт, который крепит штекер. Так же снимается болт, крепящий колодки с проводами на трамблере ВАЗ-2107.

Потом, совершив небольшое усилие, вынимаем его с места, где он был прикреплен. Далее откручиваются два болта, крепящие опорную пластину датчика Холла. Потом идет черед еще двух болтов, которые крепят вакуум-коллектор. В небольшом отверстии находится кольцо, которое служит стопором. Его необходимо вынуть. Это делается при помощи плоскогубцев с удлиненными губками. Затем снимается тяга вакуум-корректора, которая находится на штифте опорной пластины трамблера, после чего происходит окончательная выемка корректора. Дальше идет выемка проводки из зажима при помощи отвертки. Далее опорная пластина свободна, она ничем уже не закреплена. Тянем ее наверх, осматриваем и находим наш злополучный датчик Холла, нуждающийся в замене. Дальше – дело техники. С помощью плоской отвертки выворачиваем два болта и заменяем вышедший из строя датчик на новый. Стоит он в автомагазинах небольшие деньги, но времени на замену убивает немало.

Проверьте датчик на исправность

Перед тем как устанавливать датчик на автомобиль ВАЗ-2107, его следует обследовать на исправность. Лучшая проверка датчика – это, конечно, проверка на работающем автомобиле, но можно проверить и с помощью вольтметра. Датчик надо «прозвонить». При соприкосновении с контактами датчика с контактами вольтметр должен подавать звуковые сигналы, если их нет, значит, датчик неисправен. Можно таким же образом проверить работоспособность датчика с помощью сопротивления. Если датчик рабочий, стрелки прибора находятся в движении. Если нет – они не двигаются.

Закрепив новый датчик, собираем всю историю в последовательности от обратного.

Читайте также: Как поменять сайлентблоки на ВАЗ 2107

ВАЗ-2017 считается классикой советского и отечественного автомобилестроения. Его история начинается с 1982 года. Когда-то «семерка» была очень популярной. Да и сейчас, при нужном уходе и правильном обслуживании она с честью выполняет свою миссию. Обидно, если из-за такой миниатюрной детали, как датчик Холла, она станет посреди дороги. Всегда следите за исправностью датчика Холла. И как совет – возите эту недорогую, но очень важную деталь, с собой в машине, иначе вы рискуете в один прекрасный момент вернуться домой в лучшем случае на такси.

Ступичный двигатель электрического велосипеда

— как заменить датчик на эффекте Холла: 5 шагов

В бесщеточных двигателях вместо щеточных систем используются электронные контроллеры для управления синхронизацией и распределением мощности на двигатель. Для этого в некоторых системах управления внутри концентратора используются датчики на эффекте Холла, отслеживающие положение двигателя. Эта информация позволяет контроллеру чередовать питание с правильным таймингом и в правильной последовательности, и, вуаля, он вращается.

Это, очевидно, короткая версия, и она сложна по сравнению со стандартными двигателями постоянного тока, но бесщеточные двигатели более эффективны, и в этом преимущество.Лучшая эффективность означает, что вы получаете больше механической энергии на единицу мощности, и это хорошо! Плохо то, что датчики на эффекте Холла относительно ненадежны в горячих, высоковольтных, рок-н-ролльных внутренностях мотор-ступиц электрических велосипедов.

В моем случае злодеем было напряжение. Хотя, я уж точно не помогла ситуации, когда разбил эту дурацкую штуку.

Когда велосипед упал, провода датчика и питания — всего 8 проводов — были раздавлены и оборваны, когда ось прижалась к бетону.В результате ток, предназначенный для двигателя, попал в один из датчиков и погубил его, поскольку тепло изменило внутренний состав с силикона на диоксид кремния. Контроллер, как я сказал ранее, зависит от этих датчиков для распределения мощности, поэтому вся система выходит из строя с потерей хотя бы одного из них.

Эффективно, да. Надежный, нет.

Разумеется, после ремонта проводки я обнаружил, что мотор больше не вращается плавно. Вращение было резким и не создавало большого крутящего момента.Это известно как «распыление». Были и мертвые зоны, где в состоянии покоя колесо не могло начать вращаться. Основные серьезные проблемы. После небольшого исследования и прогулок по форуму владельца Golden Motor я узнал, что моя проблема была в неисправном датчике, и его необходимо заменить.

В этом руководстве описывается процесс, которому я следовал, чтобы заменить этот датчик и вернуть свой велосипед к жизни.

Во-первых, тысяча благодарностей выражается myelectricbike, который провел меня через этот шаг за шагом, предоставил большую часть информации, которую вы здесь прочтете, и в одиночку создает первоклассный форум для владельцев продуктов Golden Motor. .

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла.

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм прибором. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумный элемент наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниках, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США.

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки тоже.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла.фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен отводиться на одну сторону провода …

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны).Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут создавать магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В другом словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

  1. Когда электрический ток протекает через материал, электроны (показаны здесь синими пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
  2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
  3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этом рисунке) больше электронов, чем на левой (вверху на этом снимке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец).Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

  • Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
  • Зонды на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.


Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух сторонах когда вы помещаете их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. За Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии). На сенсоры особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики на эффекте Холла

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере.В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие и гибкие диски), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель. Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12).Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение.Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История
  • [PDF] Открытие эффекта Холла Дж.S. Leadstone, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, оспаривая некоторые из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.
Статьи Эдвина Холла
  • О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х. Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
  • Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, No. 60 (мар.28, 1884), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
  • Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для некоторых металлов, Эдвин Х. Холл, PNAS USA, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

  • Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена. Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени.Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
  • «Устройства на эффекте Холла» Р. С. Поповича. Institute of Physics, 2004. Несколько большая и более подробная книга, но охватывающая схожую тему со смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
  • Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда. Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Датчики на эффекте Холла



GOALS :

  • Опишите эффект Холла.
  • Обсудите принципы работы генератора Холла.
  • Обсудите приложения, в которых можно использовать генераторы Холла.

Принципы работы


Fgr. 1 Постоянный ток течет через кусок полупроводникового материала.

Эффект Холла — это простой принцип, широко используемый в промышленности. сегодня. Эффект Холла был открыт Эдвином Х. Холлом в университете Джонса Хопкинса. Университет 1879 г.

Изначально мистер Холл использовал кусок чистого золота для создания эффекта Холла. но сегодня используется кусок полупроводникового материала, потому что полупроводник материал работает лучше и дешевле в использовании.Устройство часто называется генератором Холла.

Fgr. 1 показано, как возникает эффект Холла. Постоянный ток источник питания подключается к противоположным сторонам куска полупроводника материал. К двум другим сторонам подключен чувствительный вольтметр.

Если ток течет прямо через полупроводниковый материал, напряжение отсутствует. производится через подключение вольтметра.

Fgr. 2 показан эффект приближения магнитного поля к полупроводнику. материал.Магнитное поле вызывает обнаружение пути прохождения тока. в одну сторону от материала. Это вызывает появление потенциала или напряжения. через противоположные стороны полупроводникового материала.

Если полярность магнитного поля поменять местами, путь тока будет обнаруживается в противоположном направлении, как показано на Fgr. 3. Это вызывает полярность напряжения, вырабатываемого генератором Холла, изменить. Два фактора определить полярность напряжения, создаваемого генератором Холла:

1.направление протекания тока через полупроводниковый материал; и

2. полярность магнитного поля, используемого для определения тока.

Величина напряжения, создаваемого генератором Холла, определяется по:

1. величина тока, протекающего через полупроводниковый материал; и

2. Напряженность магнитного поля, используемого для определения пути тока.

Генератор Холла имеет много преимуществ перед другими типами датчиков.С это твердотельное устройство, у него нет движущихся частей или контактов, которые можно было бы износить из. На него не влияют грязь, масло или вибрация. Генератор Холла представляет собой интегральную схему, которая устанавливается во многих различных типах и стилях. случаев.


Fgr. 2 Магнитное поле определяет путь прохождения тока через полупроводник.


Fgr. 3 Текущий путь обнаруживается в противоположном направлении.


Fgr. 4 Вращающийся магнитный диск создает переменное напряжение.

Применение генераторов Холла

Датчик скорости двигателя

Генератор Холла может использоваться для измерения скорости вращающегося устройства. Если диск с магнитными полюсами по окружности прикреплен к вращающегося вала, а рядом с диском установлен датчик Холла, напряжение будет производиться при вращении вала. Так как диск имеет чередующиеся магнитные полярности по окружности, датчик будет вырабатывать переменное напряжение.Fgr. 4 показан генератор Холла, используемый таким образом. Fgr. 5 показывает AC форма волны, создаваемая вращающимся диском. Частота переменного напряжения пропорциональна количеству магнитных полюсов на диске и скорости вращения.

Другой метод определения скорости — использование реактора. Отражатель — это диск из черного металла, используемый для отвода магнитного поля от другого объект. В этом типе датчика используется металлический диск с зубцами, прикрепленный к вращающемуся вал.Диск разделяет датчик Холла и постоянный магнит (рис. 6). Когда выемка находится между датчиком и магнитом, создается напряжение. генератором Холла. Когда твердая металлическая часть диска находится между датчик и магнит, магнитное поле отводится от датчика. Это вызывает значительное падение напряжения, создаваемого генератором Холла.

Поскольку полярность магнитного поля не меняется, напряжение Генератор Холла генерирует пульсирующий постоянный ток вместо переменного Текущий.

Fgr. 7 показаны импульсы постоянного тока, создаваемые генератором. Количество импульсов выработка в секунду пропорциональна количеству зазубрин на реакторе и скорости вращающегося вала.


Fgr. 5 синусоидальная волна.


Fgr. 6 Реле отводит магнитное поле от датчика.


Fgr. 7 Прямоугольные импульсы, создаваемые генератором Холла.


Fgr. 8 Генератор Холла, используемый для определения положения движущегося устройства.

Датчик положения

Генератор Холла можно использовать аналогично концевому выключателю. Если датчик установлен рядом с движущимся оборудованием, а постоянный магнит прикреплен к движущемуся оборудованию, будет производиться напряжение когда магнит движется рядом с датчиком (рис. 8). Преимущества зала датчик состоит в том, что у него нет контактов брони рычага, которые можно износить как обычный предел переключатель, поэтому он может выполнять миллионы операций машины.

Датчик положения на эффекте Холла показан на рис. 9. Обратите внимание, что этот тип Датчик различается по размеру и стилю, чтобы соответствовать практически любому приложению. Позиция датчики работают как цифровые устройства в том смысле, что они определяют присутствие или отсутствие магнитного поля. У них нет способности ощущать интенсивность поля.

Концевые выключатели на эффекте Холла


Fgr. 9 Датчик положения на эффекте Холла.


Fgr.10 Концевой выключатель на эффекте Холла.


Fgr. 12 Датчик Холла.


Fgr. 11 Датчик Холла определяет, когда в цепи протекает постоянный ток.

Еще одно устройство на эффекте Холла, используемое в очень похожем приложении, — это устройство Холла. концевой выключатель эффекта (Fgr.10). В этом концевом выключателе используется генератор Холла. вместо набора контактов. Магнитный плунжер приводится в действие механически маленькой кнопкой. К переключателю могут быть прикреплены различные типы рычагов, что позволяет использовать его во многих приложениях.

Эти переключатели обычно предназначены для работы от источника постоянного тока напряжением 5 В. для приложений TTL (транзисторно-транзисторная логика) или от 6 до 24 вольт Источник постоянного тока для взаимодействия с другими типами электронного управления или для обеспечения вход для программируемых контроллеров.

Датчик тока

Поскольку источником тока для генератора Холла служит отдельный источник питания, магнитное поле не должно двигаться или изменяться для получения выходного напряжения.Если датчик Холла установлен рядом с катушкой провод, напряжение будет вырабатываться генератором, когда ток течет через провод. Fgr. 11 показывает датчик Холла, используемый для обнаружения постоянного тока. протекает по контуру. Датчик на эффекте Холла показан на рис. 12.

Генератор Холла все чаще используется в промышленности. Поскольку время нарастания и спада сигнала генератора Холла обычно составляет менее 10 микросекунд, он может работать с частотой импульсов до 100000 импульсов в секунду.Это делает его особенно полезным в промышленности.


Fgr. 13 Линейный преобразователь на эффекте Холла.

Линейные преобразователи

Линейные преобразователи предназначены для создания выходного напряжения, пропорционального к напряженности магнитного поля. Входное напряжение обычно от 8 до 16 вольт, но величина выходного напряжения определяется типом преобразователя. использовал. Линейные преобразователи на эффекте Холла могут быть получены двух типов: выходов.Один тип имеет регулируемый выход и выдает напряжение 1,5. до 4,5 вольт. Другой тип имеет коэффициентно-метрический вывод и дает выходное напряжение составляет от 25% до 75% входного напряжения. Линейный эффект Холла преобразователь показан на рис. 13.

ВИКТОРИНА :

1. Из какого материала был изготовлен первый генератор Холла?

2. Какие два фактора определяют полярность производимого выходного напряжения. генератором Холла?

3.Какие два фактора определяют количество напряжения, производимого Холлом? генератор?

4. Что такое реактор?

5. Почему магнитное поле не должно двигаться или изменяться, чтобы производить выходное напряжение в генераторе Холла?

Процесс юстировки датчика Холла | Kollmorgen

Датчики на эффекте Холла используются для правильной коммутации двигателей на бесщеточных серводвигателях. Чтобы датчики на эффекте Холла были эффективными, они должны быть правильно согласованы с фазами серводвигателей.Производители двигателей обычно настраивают датчики Холла на заводе, поэтому клиентам это не нужно. Но если датчики Холла сняты с двигателя или по какой-либо причине не выровнены, их повторная юстировка является обязательной для правильной работы двигателя. Вот процесс перенастройки датчика Холла для типичного бесщеточного серводвигателя.

Необходимое оборудование:

  1. Дополнительный двигатель для обратного привода двигателя, требующего выравнивания по Холлу. Приклейте один вал к другому и включите задний привод в скоростном режиме.
  2. Способ питания холлов (Vcc и Gnd на разъеме обратной связи)
    1. Сервопривод для питания залов, ИЛИ
    2. Источник питания 5 В (проверьте спецификации датчиков Холла. Kollmorgen AKM использует 5 В Холла.)
  3. 2-канальный изолированный осциллограф для измерения противоэдс двигателя (bemf) и канал Холла
  4. Подтягивающий резистор для канала Холла. 2.2кОм должно хватить. (ИЛИ, если сервопривод может контролировать и выводить канал Холла, это будет проще)

Цель:

Глядя на диаграмму 1 ниже, обратите внимание, что синий график (Motor Phase U bemf, который представляет собой фазу U относительно V) пересекает ноль в той же точке, где прямоугольный коричневый график (Hall U) меняет состояние.Это наша цель; для согласования точки пересечения нуля фазы U двигателя и холла U в пределах +/- 10 ° электрического (см. пример расчета ниже, чтобы определить механический допуск в градусах). Если мы не соблюдаем электрические характеристики +/- 10 °, производительность двигателя может пострадать.

Электрические градусы Пример расчета

Дано: Требуемый угол коммутации находится в пределах +/- 10 ° электрический и 360 ° механический = 1 оборот двигателя

Если пары полюсов двигателя = 5, то;

Диаграмма 1:

Правильная фазировка двигателя и холла для сервомоторов.

Процедура:

  1. Установите датчик Холла или коммутирующий энкодер (энкодер со встроенными датчиками Холла) на двигатель.
    1. Только датчики Холла: установите холлы на статор двигателя
    2. Коммутирующий энкодер: установите энкодер на ротор двигателя, слегка ослабив ротор энкодера.
  2. Используя канал 1 осциллографа, осмотрите каналы U и V двигателя.
  3. Подайте питание в холлы, используйте подтягивающий резистор от холла U до 5 В и подключите канал 2 осциллографа к холлу U и земле.
  4. Задний ход двигателя на низкой и постоянной скорости
  5. Отрегулируйте Холлы, чтобы согласовать фазу двигателя с выходом Холла.
    1. Только датчики Холла: Отрегулируйте положение датчиков на статоре, пока фаза U двигателя не будет совмещена с фазой Холла U, затем затяните зажимы Холла.
    2. Коммутирующий энкодер: Отрегулируйте ротор энкодера до тех пор, пока фаза двигателя U не совпадет с фазой Холла U, и затяните ротор.

Датчики Холла в движении

Датчики на эффекте Холла

существуют уже давно.Хотя ранние биполярные версии хорошо распознавали магнетизм, у них было несколько недостатков. Во-первых, они не могли контролировать свой ответ, потому что у них не было схемы исправления ошибок. Еще одним недостатком было то, что на них воздействовали температура и напряжение, которые часто меняли показания выходного напряжения. К тому же они были дорогими в производстве, и не было экономии на масштабе, чтобы снизить стоимость.

Это было около двадцати лет назад. Новые производственные методы и методы исправления ошибок превратили датчики Холла в элегантные и точные переключатели, которые могут многое предложить разработчикам движения.И стоимость снизилась до такой степени, что технология экономична практически для любого приложения, требующего измерения скорости, направления, положения и силы тока.

Изменение направления

Типичный датчик на эффекте Холла состоит из чувствительной ячейки (пластины Холла) и операционного усилителя. В присутствии магнитного поля ячейка Холла производит небольшое напряжение, которое усиливается операционным усилителем. В идеале при снятии поля выходное напряжение стремится к нулю. Однако как элемент Холла, так и операционный усилитель могут создавать значительные напряжения смещения, которые будут изменять фактический отклик.

На ранних этапах производства и сборки часто не удавалось устранить эти ошибки смещения, и во многих случаях они играли роль в их создании. Процессы изготовления пластин — такие как нагрев и охлаждение, осаждение тонких пленок, распиловка, монтаж штампа, инкапсуляция и обрезка свинца — способствовали пьезорезистивным эффектам и резистивным изменениям, что, в свою очередь, приводило к ошибкам, исправление которых на более позднем этапе было дорогостоящим.

Подрезка была наиболее распространенным методом коррекции смещения. К сожалению, методы подстройки и обширные испытания, необходимые для проверки исправления, плюс низкий выход чипа составили около 50% стоимости датчиков на эффекте Холла.

Но это было до CMOS. Основное преимущество КМОП-технологии состоит в том, что она уменьшает размер сенсоров. В зависимости от конструкции размер матрицы может составлять всего 1 мм 2 .

CMOS также упрощает создание коммутаторов. Это было важным развитием, потому что большинство схем исправления ошибок основано на технологии переключения. Комбинация меньшего размера кристалла и переключателя CMOS также означала, что датчики Холла были более стабильными в более широком диапазоне температур.

Сегодня, благодаря CMOS, датчики Холла включают в себя стабилизацию прерывателя и квадратурное переключение для уменьшения ошибок смещения.Стабилизация прерывателя используется для уменьшения ошибок смещения входного сигнала на операционном усилителе и является преимуществом как для цифровых, так и для линейных (аналоговых) датчиков Холла. Квадратурная схема предполагает активное переключение направления тока через элементы Холла. Комбинированный эффект обоих методов — улучшение дрейфа точки переключения, а также ошибок усиления и смещения на порядок.

Как и в случае с другими электронными устройствами, новые методы цифрового проектирования также помогают датчикам Холла. Схемотехника сокращает количество внешних компонентов, необходимых для реализации определенных функций.Недавно инженеры воспользовались этой возможностью для разработки программируемых датчиков Холла. Теперь можно иметь датчики с определяемой пользователем чувствительностью и смещением.

Совсем недавно инженеры разработали логические системы 3-В, которые делают датчики Холла совместимыми с новейшими процессорами класса Pentium.

Дальность срабатывания

Переключатели Холла

обычно имеют интегральную схему Холла, магнит и средства перемещения магнита или магнитного поля. Операция проста.Переключатель находится в положении ВКЛ, при наличии поля и ВЫКЛ, , когда поле удалено. Конструкторы могут точно установить точку срабатывания и точку срабатывания, а также дифференциал.

Рабочая точка — это когда плотность магнитного потока включает датчик на , позволяя току течь от выхода к земле. И наоборот, точка срабатывания — это то место, где плотность магнитного потока выключает датчик на . Абсолютная разница между ними называется гистерезисом.Его цель — исключить ложное срабатывание, которое может быть вызвано незначительными отклонениями входного сигнала, электрическим шумом и механической вибрацией.

В зависимости от того, как дизайнеры используют эти характеристики, они могут решать широкий спектр задач обнаружения движения.

Продолжить на странице 2

Например, в конструкции , скользящей мимо , магнит изменяет поле с высокой на низкую величину в пределах небольшого диапазона движения. Бесконтактный переключатель работает аналогичным образом, но требует большего движения, чтобы магнитное поле было расположено близко к чувствительной поверхности.Напряженность поля максимальна, когда магнит находится напротив передней стороны переключателя, и экспоненциально уменьшается по мере удаления магнита.

Выключатель прерывания состоит из кристалла Холла с фиксированным положением, обращенного к фиксированному магниту. Между ними перемещается лопасть из черного металла, шунтируя или уменьшая магнитное поле, чтобы выключить переключатель в положение «ВЫКЛ» .

Поворотный переключатель прерывания имеет аналогичную настройку. А вот зубчатое кольцо служит для прерывания магнитного поля.В промежутке в кольце поток усиливается, что включает переключатель в положение «ВКЛ» . С помощью этого дизайна вы можете определять скорость или положение вращающихся объектов.

Поворотные слайдеры версии измеряют скорость вращения, синхронизируя ее с положением. Чип Холла активируется вращающимся магнитом с чередованием северного и южного полюсов. Когда южный полюс проходит мимо микросхемы, она включает на . При прохождении северного полюса микросхема выключает .

Запускаем

Датчики Холла

могут удовлетворить широкий спектр потребностей.В движении их можно использовать для определения уровня, положения, ускорения и вибрации.

Один из способов — подвесить магнит на маятнике так, чтобы он мог свободно перемещаться в плоскости X-Y. В ровном, стабильном состоянии северный полюс магнита обращен к переключателю, переводя его в состояние OFF . Любое движение перемещает магнит таким образом, что южный полюс проходит над лицевой стороной датчика, поворачивая его ON .

При использовании в сочетании с электромагнитом переключатели Холла образуют эффективные изолированные устройства измерения тока, которые могут защитить компоненты от повреждений в результате перегрева.Микросхема помещается между ферритовым тороидным сердечником с прорезями и запускает индикатор, реле или сигнал неисправности логического уровня. Изменяя количество обмоток и программные коды, вы можете обнаруживать от 100 мА до 500 А. Программируемые линейные датчики хорошо подходят для этого приложения.

Один полный оборот катушки вокруг сердечника при токе 1 А создаст плотность потока около 0,6 мТл на переключателе Холла. Основываясь на этой характеристике, вы можете превратить переключатель Холла в простой индикатор или ограничитель тока, отрегулировав количество витков катушки вокруг сердечника и добавив простую схему.

Возможность измерения изменения магнитного потока полезна для определения скорости и положения вращающихся объектов, таких как зубья шестерни из железа. Там вы поместите датчик рядом с шестерней и расположите его так, чтобы он был обращен к магниту. Когда зубцы проходят перед датчиком, в воздушном зазоре изменяется плотность потока, и датчик ВКЛЮЧАЕТСЯ и ВЫКЛЮЧАЕТ . Обработка сигнала преобразует сигнал от элемента Холла в цифровое значение для вывода.

Хотя датчики Холла могут быстро переключать состояния, существуют ограничения на то, насколько быстро они могут реагировать на изменения скорости.При очень жестких требованиях по времени, например, в приложениях для определения положения кривошипа, может наблюдаться потеря точности.

Датчики Холла

также широко используются в бесщеточных двигателях постоянного тока. Они устраняют трение, электрические шумы и потери мощности, характерные для других типов механической коммутации. Поскольку новые версии по сути являются цифровыми, они легко взаимодействуют с цифровыми схемами.

Краткая история залов

Первое поколение интегральных схем Холла в 1970-х годах имело погрешности смещения, прежде всего в пластине Холла.Конструкции второго поколения предполагали, что пьезорезистивные погрешности симметричны в близко соседних частях кремния, и что погрешность в одной пластине может быть компенсирована равной и противоположной погрешностью из соседней пластины.

Большинство выключателей Холла, произведенных с 1985 года по настоящее время, соединяют от 4 до 16 пластин параллельно. Однако активная подстройка на датчике все еще требуется для удаления остаточных пьезорезистивных ошибок и смещения операционного усилителя. Однако резистивная подстройка не устраняет большие ошибки смещения, вызванные плохо определенными температурными коэффициентами, возникающими из-за несоответствия между резисторами на кристалле и напряжением, вызывающим смещение.

Методы автоматического обнуления, используемые в других электрических компонентах, были слишком дороги для разработок Холла. Поэтому дизайнеры обратились к другим техникам.

Квадратурное переключение, либо электронное, либо переключение силовых и сигнальных контактов через передаточные вентили CMOS, доказало, что оно может устранить смещение напряжения на пластине Холла. При стабилизации прерывателя входные и выходные контакты переключаются синхронно, так что смещение операционного усилителя по существу становится сигналом переменного тока, который зависит от усиленного входного напряжения.В модифицированном виде смещение легко удаляется с помощью фильтра нижних частот.

Квадратурное переключение, несмотря на свои преимущества, требует большого количества компонентов схемы, что в предшествующем уровне техники было экономически нецелесообразно. Потребовалась разработка CMOS с небольшими функциями, чтобы сделать логические вентили, переключатели и другие активные компоненты на небольшой площади кристалла по низкой цене.

Чад Пепин (Chad Pepin), старший инженер по сенсорным приложениям в компании Melexis Inc., Конкорд, штат Нью-Хэмпшир,

Пределы обнаружения магнитного поля для ультрачистых графеновых датчиков Холла

Пределы обнаружения для датчиков Холла микрометрового масштаба

На рисунке 1 представлен наш основной результат.Мы сравниваем минимальный предел обнаружения магнитного поля S B 1/2 для наших устройств (черные маркеры) с соответствующими измерениями для высокопроизводительных датчиков Холла микрометрового масштаба, приведенными в литературе (см. Дополнительную таблицу 1). 3,11,12,13,14,15,17,25,26,27 . Мы выбираем опорную частоту 1 кГц, при которой шум 1/ f является доминирующим компонентом шума (см. Ниже). Амплитуда шума 1/ f варьируется в зависимости от устройства в зависимости от системы материалов и внешних факторов, включая историю изготовления, выбор подложки, диэлектрическую среду, типы контактов и условия смещения 16 .Несмотря на большое разнообразие механизмов, вызывающих шум 1/ f , существуют некоторые часто наблюдаемые зависимости. Обычно амплитуда спектральной плотности мощности шума 1/ f увеличивается для небольших устройств как 1/ A , где A — площадь устройства. Предел обнаружения магнитного поля зависит от квадратного корня из спектральной плотности мощности холловского напряжения, что, в свою очередь, предполагает приблизительное масштабирование предела обнаружения S B 1/2 A −1/2 w −1 с размером устройства w для датчиков Холла 5,13 .Поэтому метрика S B 1/2 w обычно используется для оценки характеристик датчиков Холла в зависимости от материалов и размеров устройств 17 .

Рис. 1: Характеристики датчиков Холла микрометрической шкалы.

Минимальный предел обнаружения магнитного поля S B 1/2 при 1 кГц в зависимости от ширины w датчиков Холла, указанных здесь и в литературе. Черные маркеры показывают лучшую производительность наших устройств с графитовым вентилем (кружки; G1 ​​– G3) и с металлическим вентилем (ромбы; M1 и M2) в нулевом фоновом магнитном поле, а красные кружки показывают производительность G1 при 1 Тл и 3 T фоновое поле, как указано.Все остальные маркеры являются оценками лучших характеристик в нулевом фоновом поле устройств, сделанных из структур на основе полупроводников и графена, включая графен, выращенный методом химического осаждения из паровой фазы («G»), эпитаксиальный графен («G / SiC») и hBN. -инкапсулированный расслоенный графен («hBN»). Закрашенные (открытые) маркеры соответствуют измерениям при 4,2 К (300 К). Сплошные линии указывают на маркеры соединения глаз, соответствующие одному и тому же материалу и процессу изготовления. Пунктирными линиями обозначена постоянная S B 1/2 w .Маркеры с планками погрешностей экстраполируются из измерений, представленных на разных частотах, при условии, что в шуме преобладает шум 1/ f и масштабируется как f α (полосы ошибок отмечают диапазон 0,4 < α <0,6 ).

Согласно этой метрике устройства с аналогичной производительностью расположены вдоль пунктирных диагональных линий с постоянной S B 1/2 w на рис. левый угол.При комнатной температуре характеристики устройства G1, графенового датчика Холла с вентилями FLG, аналогичны характеристикам лучших датчиков, изготовленных из InGaAs 26 , InSb 15 и графена, инкапсулированного в hBN 17 . При низкой температуре (4,2 К) предел обнаружения устройства G1 снижается на порядок, и мы получаем наименьшее значение S B 1/2 w , сообщаемое для любого датчика Холла в Дата. Дополнительные устройства с графитовым вентилем (G2 и G3) показывают производительность, соответствующую приблизительному масштабированию предела обнаружения w -1 .Однако графеновые устройства с инкапсулированным hBN с металлическими затворами (M1 и M2) демонстрируют более высокие пределы обнаружения, чем устройства с графитовыми затворами при низкой температуре (см. Дополнительную таблицу 2). При комнатной температуре устройство G1 работает аналогично устройствам с инкапсулированным hBN без графитовых затворов (обозначенных «hBN»), о которых ранее сообщалось 17 . Это согласуется с наблюдением, что графитовые затворы улучшают электронные свойства графена преимущественно при низкой температуре. В частности, графитовые затворы уменьшают внутреннюю неоднородность заряда в графеновых устройствах 22,23,24 , делая доступными плотности мобильных носителей до ~ 2 × 10 9 см -2 и приводя, в свою очередь, к большему достижимому коэффициенту Холла. .Однако при комнатной температуре тепловое возбуждение носителей заряда и рассеяние акустических фононов увеличивают неоднородность заряда и ограничивают подвижность носителей 20,28,29 .

Кроме того, мы демонстрируем небольшой предел обнаружения даже в фоновом магнитном поле в несколько тесла. Датчики Холла, основанные на высокоподвижных двумерных проводниках, обычно не совместимы с сильными фоновыми магнитными полями, поскольку эти датчики демонстрируют квантовый эффект Холла (КЭХ). QHE создает широкие области пространства параметров, в которых напряжение Холла является постоянным либо в зависимости от магнитного поля, либо от плотности носителей.Здесь мы используем электростатическое стробирование, чтобы настроить плотность носителей на значение, при котором напряжение Холла изменяется в зависимости от магнитного поля. Таким образом, мы достигаем низкого предела обнаружения магнитного поля при высоком фоновом магнитном поле, несмотря на наличие КЭХ. При низкой температуре и большом фоновом магнитном поле устройство G1 поддерживает предел обнаружения ~ 2–3 мкТл Гц -1/2 при 1 кГц. Предел обнаружения больше по сравнению с измеренным при нулевом фоновом магнитном поле как из-за увеличения шума напряжения, так и из-за уменьшения коэффициента Холла (см. Ниже).Тем не менее, предел обнаружения по-прежнему остается сопоставимым с пределом обнаружения многих высокопроизводительных датчиков Холла, испытанных в нулевом магнитном поле.

Структура устройства

На рисунке 2а показана структура наших устройств с графитовым вентилем вместе с оптическим изображением устройства G1 (см. Дополнительный рисунок 1 для получения оптических изображений дополнительных устройств, включая устройства с металлическими вентилями). Каждое устройство с графитовым затвором изготавливается на кремниевой подложке из гетероструктуры, состоящей из расслоенного MLG, инкапсулированного диэлектриками затвора hBN, и электродов затвора FLG, собранных с использованием техники сухого переноса (см. Методы).Комбинация низкой плотности заряженных дефектов в hBN и способности FLG экранировать заряженные примесные беспорядки в кремниевой подложке улучшает подвижность носителей 20,30 , снижает неоднородность заряда 22,23 и может снизить зарядовый шум в графеновых устройствах. 21 . Верхний затвор регулирует плотность носителей в активной области устройства, а заземленный нижний затвор экранирует электрическое поле от кремниевого заднего затвора. Мы подаем 40 В на кремниевый задний затвор, чтобы вызвать высокую концентрацию электронов в графеновой части выводов.Это снижает сопротивление выводов и краевых контактов 24 , следовательно, снижает шум напряжения (см. Дополнительное примечание 1 и дополнительный рисунок 1).

Рис. 2: Сверхчистые графеновые датчики Холла.

a Изображение устройства G1 в оптическом микроскопе ( w = 1 мкм, масштабная линейка: 5 мкм). Левое поперечное сечение: структура поперечного слоя Холла, состоящая из однослойного графена, инкапсулированного гексагональным нитридом бора (hBN) и нескольких слоев графита. Правый разрез: краевые контакты. b Схема измерительной конфигурации с напряжением Холла В H , двухточечным напряжением В 2p , током смещения I и внеплоскостным магнитным полем B . c Напряжение верхнего затвора ( В g ) Зависимость коэффициента Холла R H и двухточечного сопротивления R 2p при 4,2 К при малом смещении переменного тока и фоновых полях до В = 100 мТл.На верхней оси показаны соответствующие плотности электронов и дырок.

Отклик по напряжению Холла

Сначала мы оцениваем электронное качество наших устройств при низком фоновом магнитном поле и низкой температуре в криостате с жидким гелием. Мы смещаем устройство небольшим переменным током I и измеряем двухточечное ( В 2p ) и холловское ( В H ) напряжения, используя стандартные методы низкочастотной синхронизации с применением верхнего затвора. напряжение В г для настройки плотности носителей (рис.2а, б). Из серии разверток затвора при фиксированном магнитном поле B до 100 мТл (см. Дополнительный рисунок 2), мы определяем коэффициент Холла R H = I −1 (∂ V H / ∂ B ) B = 0 и извлеките плотность носителей n = 1 / (e R H ) (рис. 2c, верхняя панель). При напряжениях на затворе вблизи точки зарядовой нейтральности (CNP) сосуществование электронов и дырок делает напряжение Холла нелинейным в магнитном поле 31 .В другом месте напряжение Холла линейно в B по крайней мере до 100 мТл и R H ~ n -1 ~ В g -1 , предполагая простую емкостную связь шлюз к плотности мобильных операторов 19 . Экстраполяция плотностей электронов и дырок к нулю показывает, что электроны и дырки, по-видимому, достигают зарядовой нейтральности при различных значениях V g . Это согласуется с вкладами в поведение заряда графенового листа от квантовой емкости и дополнительных ловушек заряда с непостоянной емкостью, которые становятся значительными из-за большой емкости затвора и небольшой неоднородности заряда в наших устройствах 19,32,33 .Максимальное (минимальное) значение R H для электронного (дырочного) легирования 240 кОм T −1 (−340 кОм T −1 ) подразумевает наименьшую плотность мобильных носителей δn ~ 2,6 × 10 9 см −2 (−1,8 × 10 9 см −2 ), ограниченная внутренней неоднородностью заряда. Эта низкая неоднородность заряда согласуется с данными других устройств с атомарно-гладкими электродами затвора из монокристаллического графита 22,23 . Двухточечное сопротивление R 2p = V 2p / I (рис.2в, нижняя панель) имеет резкий пик, превышающий 200 кОм на CNP. Узкая ширина этого пика подразумевает неоднородность заряда ~ 4 · 10 9 см −2 , что согласуется с полученным с использованием R H . При умеренном электронном или дырочном легировании значение R 2p уменьшается до нескольких кОм, в основном за счет сопротивления графенового канала (~ 1 кОм) и краевых контактов (~ 1-2 кОм).

Затем мы охарактеризуем характеристику напряжения как функцию приложенного постоянного тока смещения до 50 мкА.Отклик напряжения Холла на небольшое изменение магнитного поля δB составляет δV H = IR H δB , предполагая, что применение большего тока смещения в принципе пропорционально увеличивает сигнал напряжения. На практике большое смещение постоянного тока вызывает два изменения транспортных характеристик устройств (рис. 3a): пик R H уменьшается, а напряжение затвора CNP В, g 0 смещается.Направление сдвига в В g 0 (рис. 3в) зависит от полярности приложенного тока. Эти изменения согласуются с градиентом потенциала и результирующим градиентом плотности носителей в устройстве 32 (см. Дополнительное примечание 3 и дополнительный рисунок 3). Это изменяет среднее значение R H в пределах креста Холла и ограничивает его пиковое значение. Несмотря на уменьшение пика R H , применение большего тока смещения по-прежнему увеличивает абсолютную чувствительность к напряжению IR H = (∂ V H / ∂ B ) B = 0 (Рис.3b), что дает большее изменение напряжения Холла на единицу изменения магнитного поля.

Рис. 3: Измерения коэффициента Холла.

a Коэффициент Холла R H для устройства G1 при изменении смещения постоянного тока при 4,2 К. b Зависимость пикового значения от тока смещения IR H . c Зависимость тока смещения напряжения точки нейтральности заряда В g 0 . Планки погрешностей представляют собой неопределенность в определении точки, в которой R H пересекает ноль.

Шум напряжения и предел обнаружения

Чтобы определить предел обнаружения, показанный на рис. 1, мы измеряем шумовые характеристики устройств вместе с характеристикой напряжения. Мы измеряем флуктуации напряжения Холла в реальном времени (рис. 4a) и применяем преобразование Фурье (см. Методы), чтобы получить спектральную плотность шума напряжения Холла S V 1/2 (рис. 4b). ). При низком смещении 60 Гц и входной шум предусилителя преобладают в спектре S V 1/2 (рис.4в). Форма спектра шума при более высоком смещении предполагает наличие как фликкер-шума (шум 1/ f ; S V 1/2 f −1/2 ), так и случайного телеграфный шум (RTN; S V 1/2 постоянная на низкой частоте, S V 1/2 f −1 на высокой частоте), as ранее сообщалось о датчиках Холла микрометрового масштаба 11,13,17 и устройствах на основе графена 16,21,34 .В то время как шум 1/ f , скорее всего, возникает из-за случайных событий зарядки и разрядки ансамбля зарядовых ловушек, RTN характерен для одиночной зарядовой ловушки, более прочно связанной с устройством. Эти события зарядки могут вызывать флуктуации как подвижности носителей, так и плотности носителей, которые заметны в устройствах на основе графена при низкой плотности носителей 13,16,34 . Колебания заряда, которые модулируют контактное сопротивление и состояние дефектов в подложке или протравленных краях устройства, могут сильно влиять на шум напряжения, особенно вблизи нейтрального заряда, где флуктуации заряда плохо экранируются 16,34 .Мы обнаружили, что поведение RTN изменяется между последовательными периодами охлаждения и при различных условиях смещения тока и напряжения затвора. В дополнительном примечании 4 мы количественно извлекаем относительные вклады RTN и шума 1/ f для типичного спектра шума.

Рис. 4: Измерения шума.

a Временные графики напряжения Холла (смещение для ясности) и b Спектральная плотность шума напряжения Холла S В 1/2 для устройства G1 при фиксированном токе смещения и 4.2 К. Три кривые соответствуют напряжениям затвора, отмеченным в верхней части верхней панели ( d ). Пунктирные линии в b соответствуют ожидаемой зависимости случайного телеграфного шума (RTN) на высокой частоте ( f −1 ) и шума 1/ f ( f −1/2 ). c Сравнение спектров S V 1/2 при разных токах смещения. При каждом токе смещения мы устанавливаем В g так, чтобы R H ≈ 7.8 кОм T −1 , что соответствует n ≈ 8 × 10 10 см −2 . d IR H и R смещение = В H ( B = 0) / I для тока смещения 20 мкА. e S V 1/2 и предел обнаружения магнитного поля S B 1/2 при 1 кГц. f Минимальная зависимость тока смещения S B 1/2 при 1 кГц.В панелях d f планки погрешностей определяются с учетом стандартной ошибки линейной подгонки для R H и стандартного отклонения S V 1/2 в окне шириной 200 Гц с центром в 1 кГц.

На рисунке 4e обобщены низкотемпературные зависимости напряжения затвора S В 1/2 при нуле B и соответствующий предел обнаружения магнитного поля S B 1/2 = S V 1/2 / ( IR H ) при токе смещения 20 мкА и частоте 1 кГц.На этой частоте наиболее очевидна зависимость от затвора S V 1/2 ; частота достаточно мала, чтобы шум напряжения превышал минимальный уровень шума приборов, но достаточно высок, чтобы вклад RTN был небольшим. Форма кривой на рис. 4e аналогична форме сопротивления смещения при нулевом фоновом магнитном поле R смещение = В H ( B = 0) / I (рис. 4d ).Это смещение, скорее всего, возникает в нашем случае из-за неоднородного протекания тока на уровнях легирования, близких к зарядовой нейтральности, и имеет эффект связи дополнительных шумовых составляющих 1/ f , связанных с продольным сопротивлением 11,13 .

На рисунке 4f показано, что ток смещения 20 мкА минимизирует предел обнаружения магнитного поля. При этом промежуточном токе смещения увеличение сигнала напряжения выше минимального уровня аппаратного шума благоприятно по сравнению со снижением R H при большом токе смещения.Примечательно, что минимум S B 1/2 не встречается при том же значении V g , при котором R H достигает пика. Это указывает на то, что оптимальная рабочая точка датчика Холла уравновешивает настройку от CNP для уменьшения S V 1/2 и настройку близко к CNP для увеличения R H . Минимальное значение S B 1/2 ~ 80 нТл Гц −1/2 при 1 кГц (самая нижняя точка на рис.1), насколько нам известно, является наименьшим пределом обнаружения магнитного поля, когда-либо зарегистрированным для датчика Холла микрометрового масштаба при 4,2 К. При комнатной температуре повторение измерений коэффициента Холла и напряжения Холла (см. Дополнительное примечание 5 и дополнительный рисунок 5c, d) показывает, что предел обнаружения, как правило, больше, но все же конкурирует с лучшими датчиками Холла, описанными в литературе (см. рис. 1).

Характеристики в большом фоновом магнитном поле

Наконец, мы охарактеризуем предел обнаружения небольших изменений магнитного поля в присутствии большого фона магнитного поля.Насколько нам известно, об этом не сообщалось ни о каких высокоподвижных датчиках Холла микрометрового масштаба. В большом фоновом магнитном поле сопротивление Холла образует плато (рис. 5a), разделенные на Δ ( V H / I ) −1 = 4e 2 / h , как и ожидалось для MLG в квантовый режим Холла 19 . Отклонение плато сопротивления от точного квантования вызвано большим током смещения и широкими расширенными холловскими контактами напряжения в нашем устройстве (рис.2а), которые смешивают значительную часть продольного сопротивления с холловским сопротивлением 35 . Коэффициент Холла R H = I −1 (∂ V H / ∂ B ) (рис. 5b – d) теперь достигает локальных минимумов при значениях ( B , В г ), что соответствует плато сопротивления. В сильном магнитном поле плато сопротивления сглаживается ( R H = 0). Повторяя измерения шума напряжения Холла, как описано выше, при 3 Тл получаем S B 1/2 ~ 3 мкТл Гц -1/2 при оптимальной настройке плотности несущей (рис.5d, В г ~ 0,8 В). Более высокий предел обнаружения по сравнению с измерениями в нулевом поле является результатом как уменьшения R H , так и общего увеличения шума напряжения в большом фоновом магнитном поле, которое коррелирует с большим продольным магнитосопротивлением и также может быть отнесено к заряду флуктуации между локализованными и расширенными квантовыми холловскими состояниями 36,37 .

Рис. 5: Характеристики в большом фоновом магнитном поле.

a Зависимость от магнитного поля V H / I в квантовом режиме Холла для устройства G1 при 4,2 К. Кривые охватывают напряжения на затворе, соответствующие плотности электронов 0,24–1,14 × 10 12 см −2 в нулевом поле. b R H определяется локально в каждой точке ( V g , B ). c , d R H и S B 1/2 при 1 кГц по горизонтальным линиям в ( b ): c B = 1 T , d B = 3 T.Планки погрешностей определяются с учетом стандартной ошибки линейной аппроксимации для R H и стандартного отклонения S V 1/2 в окне шириной 200 Гц с центром в 1 кГц. Все измерения выполняются при постоянном токе смещения 5 мкА.

(PDF) Датчики Холла для экстремальных температур

Датчики 2011, 11

Вроцлав, Польша. Авторы выражают признательность Кешре Сангвал из Люблинского технологического университета,

Люблин, Польша за рецензирование рукописи.

Список литературы

1. Комитет по материалам для высокотемпературных полупроводниковых приборов. Материалы для

Высокотемпературные полупроводниковые приборы; National Academy Press: Вашингтон, округ Колумбия, США,

1995.

2. McCluskey, F.P .; Grzybowski, R .; Подлесак Т. Электроника высоких температур; CRC Press, Inc .:

Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1997.

3. Киршман, Р. Высокотемпературная электроника; John Wiley & Sons / IEEE Press: Хобокен, Нью-Джерси,

США, 1999.

4. Willander, M .; Хартнагель, Х.Л. Высокотемпературная электроника; Chapman & Hall: Лондон, Великобритания,

1997.

5. Fricke, K .; Крозер, В. Высокотемпературная электроника; Elsevier Science: Oxford, UK, 1995.

6. Robert, J.L .; Contreras, S .; Camassel, J .; Pernot, J .; Neyret, E .; Di Cioccio, L .; Billon, T. 4H-SiC:

Материал для высокотемпературного датчика Холла. Sens. Actuat. Физ. 2002, 97-98, 27-32.

7. Consejo, C .; Контрерас, С.; Konczewicz, L .; Lorenzini, P .; Cordier, Y .; Skierbiszewski, C .;

Роберт Дж. Л. Исследование высокотемпературных электрических структур гетероструктур (Al, Ga) N / GaN — приложения для датчиков Холла

. Phys. Стат. Sol. 2005, 2, 1438–1443.

8. Wang, M.J .; Шен, Б .; Xu, F.J .; Wang, Y .; Xu, J .; Huang, S .; Yang, Z.J .; Сюй, К .; Чжан, Г.Ю.

Высокотемпературная зависимость плотности двумерного электронного газа в гетероструктурах Al0,18Ga0,82N / GaN

.Прил. Phys. А 2007, 88, 715-718.

9. Lu, H .; Sandvik, P .; Вертиачих, А .; Tucker, J .; Элассер, А. Высокотемпературные датчики на эффекте Холла

на основе гетеропереходов AlGaN / GaN. J. Appl. Phys. 2006, 99, 114510.

10. Tao, Y.Q .; Chen, D.J .; Kong, Y.C .; Шен, Б .; Xie, Z.L .; Han, P .; Zhang, R .; Чжэн, Ю. Высокотемпературные транспортные свойства ДЭГ

в гетероструктурах AlGaN / GaN. J. Electron. Мат. 2006,

35, 722-725.

11. Доновал, Д.; Флорович, М .; Gregušová, D .; Kováč, J .; Кордос П. Высокотемпературные характеристики

полевых транзисторов AlGaN / GaN и полевых МОП-транзисторов. Микроэлектрон. Надежный. 2008, 48, 1669–1672.

12. Bouguen, L .; Contreras, S .; Jouault, B .; Konczewicz, L .; Camassel, J .; Cordier, Y .; Азизе, М .;

Chenot, S .; Барон Н. Исследование гетероструктур AlGaN / AlN / GaN для магнитного сенсора

от температуры жидкого гелия до 300 ° C. Прил. Phys. Lett. 2008, 92, 043504.

13. Bouguen, L .; Konczewicz, L .; Contreras, S .; Jouault, B .; Camassel, J .; Кордье, Ю. Высокий

Температурное поведение датчиков Холла AlGaN / AlN / GaN на полевых транзисторах. Матер. Sci. Англ. В 2009, 165, 1-4.

14. Oszwaldowski, M .; Берус, Т. Датчики Холла, изготовленные из эпитаксиальных слоев n-InSb / GaAs для применения при низких температурах

. Тонкие твердые пленки 2006, 515, 2692-2695.

15. Oszwaldowski, M .; Берус Т. Высокотемпературные датчики Холла. Sens.Actuat. Физ. 2007, 136,

234-237.

16. Thompson, P.E .; Davis, J.L .; Waterman, J .; Wagner, R.J .; Gammon, D .; Gaskill, D.K .;

Stahlbush, R. Использование буфера для эпитаксии атомного слоя для роста InSb на GaAs методом молекулярной эпитаксии

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *