Altium Designer, 电路设计技巧

掌握磁性:霍尔效应传感器和PCB的应用

米利都泰利斯显然具有磁性。人们注意到亚里士多德(Aristotle)在写他卖得最好的ΠερὶΨυχῆς(On The Soul)时庆祝他的成就。亚里士多德赞誉泰雷兹的理由是磁铁有灵魂:“泰勒斯,也从什么被记录对他的判断,似乎已经举行的灵魂是一个动力,因为他说的磁铁中有一个灵魂,因为它移动铁。”

泰雷兹的声誉传播。哲学家称他为“哲学之父”。有人形容他是第一位物理学家。数学家认为泰勒斯是“数学证明之父”,其他人则将泰勒斯描述为“希腊早期七位智者之一”。谈论摇滚巨星。不幸的是,米利都的泰勒斯错过了这个印记。磁铁没有灵魂。

然而,磁性使我们可以做一些非常酷的事情 – 特别是当电子在磁场和电场中移动时。其中一些很酷的东西可以转化为用于汽车,制造业,消费者和其他行业的霍尔效应传感器。了解传感器的操作可以更深入地了解其他潜在用途。

霍尔效应感觉力量

在与施加的磁场垂直的方向上移动的电子经历洛伦兹力。当磁场通过一个薄的导电板时,右边的规则和霍尔效应起作用。沿着导体的一侧积累电荷产生抵消磁场力的电场。

横向洛伦兹力推动电子沿着导电材料的一侧沿着弯曲的路径行进。那么,右边的规则告诉我们,洛伦兹力的方向与电子的方向有关系。如果电子向一个方向移动,则洛伦兹力向上推动。电子向相反的方向移动导致洛伦兹力向下推。

将输出连接放置在垂直于电流方向的导电板上形成霍尔元件。导体的正极上侧和负极侧之间存在电势差。随着电位的不同,出现一个称为霍尔电压的可测量电压。

虽然施加的磁场的方向决定了霍尔电压的极性,但电压仍与所施加的场强成比例。带走磁场,电流分布变得均匀,输出端的电位差减小到零。此时,对电压的不同影响变得有趣。霍尔电压取决于:

●   流经导体的电流幅度
●   磁场的强度
●   基本电子电荷
●   充电器数量密度
●   导电板的厚度。

跟踪电流的流动可以帮助您管理您的PCB电压容量。

半导体在影响之下

这些因素中的每一个都会影响受霍尔效应影响的半导体。将载流硅芯片放置在与磁场成直角的位置,会产生低电平的霍尔电压。霍尔电压是输入电流的函数。

当应用于半导体时,霍尔效应产生一个数字开关,产生一个有效的开关方波信号。破坏磁场和硅芯片之间的窗口产生零输出。将附加电路连接到半导体产生相反的效果,并且允许磁场的中断以产生输出电压的增加。

霍尔效应传感器需要强度

霍尔效应传感器需要一个低噪声,高输入,中等增益放大器来放大30μV的霍尔电压,并增加一个电压调节器来保持电流恒定。传感器的放大输出电压仅作为磁场的函数发生。所有这些,霍尔效应开关都可以用作理想的传感器。

数字霍尔效应传感器检测磁场,并在到达工作点时切换状态。减小磁场,直到传感器达到其释放点,导致传感器返回到其原始状态。设计霍尔效应传感器电路的基本要点包括:
●   确定要感测的物理量
●   定义感知物理量的最佳方法
●   建立传感器的最佳输入接口
●   决定最好的磁系统
●   选择霍尔效应传感器
●   找到最好的输出接口

不同类型的霍尔效应传感器集成到PCB设计中,包括叶片操作位置传感器,齿轮齿传感器,数字电流传感器,线性电流传感器,锁存器,闭环电流传感器,单极开关和机械操作开关。

将磁性传感器集成到设计中可以提高设计的准确性和有效性。

虽然霍尔效应传感器可以成为PCB设计中的一个强大工具,但接近任何PCB设计的第一步就是始终了解使用何种PCB设计软​​件以及哪种软件具有适合您需求的正确工具。查找具有直观界面,多板布局和自动交互布线等功能的软件以及配电分析仪对于您的设计运行状况至关重要,

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