Перейти к содержанию

Эффект Холла

Если проводник с током поместить в магнитное поле, на его боковых гранях появится разность потенциалов. Это эффект Холла: на нём работают датчики магнитного поля, положения и тока, которым не нужен электрический контакт с измеряемой цепью.

Обновлено Редакция GAW

Эффект Холла — появление разности потенциалов поперёк проводника с током, помещённого в магнитное поле. Магнитное поле отклоняет движущиеся носители заряда к одной грани проводника, на противоположной остаётся заряд другого знака, и между гранями возникает напряжение Холла (OpenStax, раздел 11.6):

V=I⋅B⋅ln⋅e⋅A,V = \frac{I \cdot B \cdot l}{n \cdot e \cdot A},

где I — ток, B — индукция поля, l — ширина пластины, n — концентрация носителей, A — площадь сечения. Чем меньше концентрация носителей, тем больше напряжение при том же токе и поле; датчик в ACS712 — полупроводниковая микросхема Холла на кристалле BiCMOS.

Датчик тока на эффекте Холла

В микросхеме Allegro ACS712 измеряемый ток проходит по медной шине внутри корпуса. Его магнитное поле действует на кристалл Холла, и микросхема выдаёт напряжение, пропорциональное току.

Версия ACS712ДиапазонЧувствительностьВыход при 2 А
05B±5 А185 мВ/А2,5 + 0,37 = 2,87 В
20A±20 А100 мВ/А2,5 + 0,20 = 2,70 В
30A±30 А66 мВ/А2,5 + 0,13 = 2,63 В

Без тока выход — около половины питания, около 2,5 В при 5 В, поэтому ACS712 измеряет ток в обе стороны. Выход привязан к напряжению питания, и его удобно читать ратиометрическим АЦП.

Зачем это нужно

Шина отделена от выводов изоляцией 2,4 кВ, так что датчик даёт гальваническую развязку между силовой цепью и микроконтроллером, а её сопротивление — всего 1,2 мОм. Сравнение с токовым шунтом и схемы подключения разобраны в статье «Измерение тока».

Частые вопросы

Чем датчик тока Холла лучше шунта?

Гальванической развязкой и малыми потерями: у ACS712 измеряемый ток идёт по медной шине сопротивлением 1,2 мОм, отделённой от выводов изоляцией 2,4 кВ. Шунт проще и точнее на малых токах, но электрически соединён с измеряемой цепью.

Почему без тока ACS712 выдаёт 2,5 В, а не 0?

Датчик измеряет ток в обе стороны, поэтому ноль сдвинут на середину питания: при 5 В выход без тока — около 2,5 В. Ток одного направления поднимает напряжение, обратного — опускает.

Где ещё применяют эффект Холла?

Везде, где нужно измерить магнитное поле без электрического контакта, — в датчиках поля, положения и тока. Сам эффект Холла исторически позволил определить знак носителей заряда: в большинстве металлов это электроны, во многих полупроводниках — дырки.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 11.6: The Hall Effect — носители заряда в проводнике с током отклоняются магнитным полем к одной грани, между гранями возникает разность потенциалов — напряжение Холла, его можно измерить вольтметром; V = I·B·l/(n·e·A) и V = B·l·vd; по знаку напряжения определяют знак основных носителей — в большинстве металлов это электроны, в части металлов и во многих полупроводниках — дырки; опыт Э. Холла 1879 года
  2. Allegro MicroSystems. ACS712: Fully Integrated, Hall-Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.4 kVRMS Isolation (ACS712-DS, Rev. 22, February 13, 2024) — ток через медную шину создаёт магнитное поле, которое микросхема Холла преобразует в пропорциональное напряжение; изоляция между шиной и выводами не меньше 2,4 кВ действующего; сопротивление шины 1,2 мОм; питание 5 В; микросхема Холла BiCMOS со стабилизацией прерыванием; чувствительность 185 мВ/А (±5 А), 100 мВ/А (±20 А), 66 мВ/А (±30 А); без тока выход около половины напряжения питания

Нашли ошибку?

Смотрите также