האם תהיתם פעם מדוע מסך המחשב הנייד שלכם נכבה כשאתם סוגרים את המכסה? או מדוע מסך הסמארטפון שלכם מסתובב כשאתם הופכים אותו? או כיצד מנוע של רכב חשמלי יכול לשלוט במהירותו בצורה כה מדויקת? תופעות אלה כולן מסתמכות על עבודתו של גיבור אלמוני.-חיישן הול.

חיישני הול של Slkor

כדי להבין איך זה עובד, עלינו לחזור לתגלית פיזיקלית שהתגלתה לפני יותר ממאה שנה.

1. המקור: אפקט הול-תופעה פיזיקלית קלאסית

בשנת 1879, פיזיקאי צעיר בשם אדווין הול גילה תגלית מרתקת במהלך ניסוי. הוא גילה שכאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך דק (או מוליך למחצה) ושדה מגנטי מופעל בניצב לזרם, קורה משהו בלתי צפוי.

לתת"משתמשים באנלוגיה חיה כדי לעזור להבין:

1. דמיינו כביש מהיר (המוליך): אלקטרונים הם כמו מכוניות שנוסעות במהירות קבועה, זורמות בכיוון אחד, ויוצרות זרם חשמלי.

2. הפעלת שדה מגנטי: כעת, רוח צד חזקה (השדה המגנטי) נושבת מצד הכביש. רוח זו דוחפת את כל המכוניות (האלקטרונים) בזמן שהן נוסעות.

3. נוצר הפרש מתח: עקב דחיפת הרוח, המכוניות (האלקטרונים) זזות לצד אחד של הכביש. זה גורם ליותר מכוניות להתאסף בצד אחד, בעוד שהצד השני הופך לדליל.

4. זהו מתח הול: הצטברות מטענים יוצרת מתח בין שני צידי הכביש, וזה ידוע כמתח הול.

מסקנה עיקרית: אפקט הול מגלה שכאשר שדה מגנטי וזרם חשמלי פועלים זה מול זה, נוצר מתח פרופורציונלי לעוצמת השדה המגנטי על פני המוליך. ככל שהשדה המגנטי חזק יותר, כך מתח הול גדול יותר.

2. מתופעה למכשיר: רכיבי חיישני הול מודרניים

כעת, משהבנו את העיקרון, מהנדסים החלו לעבוד על מזעור תופעה זו. הם השתמשו בטכנולוגיות מוליכים למחצה מתקדמות (כמו סיליקון וגליום ארסניד) כדי לשלב את "לוח הול", מגברי אותות ומעגלי עיבוד על גבי שבב זעיר קטן יותר מגרגר אורז.

כאן"התהליך הכללי:

1. חישה: אלמנט ההול (מוליך למחצה זעיר) חשוף לשדה מגנטי חיצוני. כאשר השדה המגנטי עובר דרכו, הוא מייצר מתח הול חלש מאוד (בדרך כלל בטווח המיקרו-וולט).

2. הגברה: אות גולמי זה חלש מדי לשימוש ישיר, ולכן מגבר המובנה בשבב מגביר אותו לרמה שמישה.

3. עיבוד: בהתאם לעיצוב, העיבוד מחולק לשני סוגים עיקריים, התואמים לשני הסוגים הנפוצים ביותר של חיישני הול:

חיישני הול דיגיטליים (ממותגים/נעולים):

פעולה: השבב מכיל טריגר שמיט (בעיקרו מעגל השוואה חסין לרעש). הוא משווה את המתח המוגבר ל"סף" מוגדר מראש.

תוצאה: כאשר עוצמת השדה המגנטי עולה על סף ה"הפעלה", החיישן"הפלט של s עובר מיד מגבוה לנמוך (או להיפך), כמו הפעלת מתג. כאשר השדה המגנטי נחלש מתחת לסף ה"כיבוי", הפלט חוזר למצבו המקורי.

יישומים: מתגים ללא מגע-לדוגמה, זיהוי מכסה במחשבים ניידים, תאורת דלתות רכב, הפעלת מברשות שיניים חשמליות.

חיישני הול אנלוגיים (לינאריים):

פעולה: מתח המוצא הוא ביחס ישר לעוצמת השדה המגנטי. ככל שהשדה המגנטי חזק יותר, כך מתח המוצא גבוה יותר; ככל שהשדה חלש יותר, כך מתח המוצא נמוך יותר.

תוצאה: חיישנים אלה מספקים אותות רציפים, המאפשרים להם לזהות לא רק את נוכחותו של שדה מגנטי אלא גם את עוצמתו וקוטביותו (צפון או דרום).

יישומים: מדידות מרחק, זווית וזרם ללא מגע-לדוגמה, חיישני מיקום מצערת במכוניות, מדידת זווית מפרק ברובוטיקה וגילוי זרם במעגלים (על ידי מדידת השדה המגנטי סביב חוט חי, זה מחשב בעקיפין את הזרם).-מאוד בטוח).

3. יישומים נפוצים: למה אנחנו אוהבים חיישני הול?

המפתח לקסם של חיישני הול הוא פעולתם ללא מגע, תוחלת חיים ארוכה, אמינות גבוהה ותגובת תדר גבוה.

ללא מגע: ללא מגע פיזי פירושו ללא בלאי מכני, ללא ניצוצות וחיים ארוכים במיוחד-אידיאלי לסביבות קשות (אבק, שמן, רעידות).

מהירות גבוהה: הם מגיבים במהירות מדהימה, מה שהופך אותם למושלמים לגילוי עצמים מסתובבים במהירות גבוהה, כגון מדידת מהירות מנוע.

דיוק גבוה: חיישני הול ליניאריים מספקים מדידות מדויקות מאוד.

כתוצאה מכך, ניתן למצוא אותם במגוון מקומות:

מוצרי אלקטרוניקה: סיבוב מסך אוטומטי בטלפונים וטאבלטים; זיהוי מכסה עבור כיסויי אוזניות Bluetooth.

תעשייה ורכב: בקרת מהירות מנוע; זיהוי מיקום בוכנה בצילינדרים; קומוטציה במנועים ללא מברשות; ניטור זרם במערכות ניהול סוללות.

מכשירי חשמל ביתיים: מדידת מהירות תוף במכונות כביסה; מדידת זרימה במטהרי מים.

סיכום

מהתגלית הפיזיקה הטהורה בשנת 1879 ועד ל"חיישנים" החכמים המוטמעים במיליארדי מכשירים כיום, חיישני הול מדגימים בצורה מושלמת כיצד מדע בסיסי יכול להניע מהפכות טכנולוגיות. הם פועלים כגשר, והופכים שדות מגנטיים בלתי נראים ובלתי מוחשיים לאותות חשמליים מדויקים שמערכות אלקטרוניות יכולות להבין ולהשתמש בהם. בפעם הבאה שמסך הטלפון שלכם יידלק כשאתם מסובבים את פרק כף היד, תוכלו לחייך, בידיעה שהגאונות של ד"ר הול ואינספור מהנדסים עובדת בשקט מאחורי הקלעים כדי לשרת אתכם.