как проверить датчик холла.
Как проверить датчик холла, то есть проверить его работоспособность, такой вопрос возникает когда в электронной системе зажигания пропадает искра и нужно убедиться в исправности компонентов. И как проверить работоспособность компонентов системы электронного зажигания и будет описано в этой статье.
Датчик холла ваз.
Изначально эффект холла не использовали на автомобилях. Открытый ещё в 1879 году эффект, который и был назван в честь учёного Э Холла его открывшего, сначала использовали при изучении проводимости электрического тока полупроводниками и металлами. И только в 70-80 годах прошлого века эффект холла начали использовать в специальном датчике, в системах зажигания автомобилей и мотоциклов.
Не секрет даже для новичков, что работа электронной системы зажигания намного эффективнее обычной контактной, так как практически нечему изнашиваться (постоянно обгорающих контактов нет), да и разряд на свече примерно в два раза мощнее (30 киловольт вместо 15-ти).
Работает система примерно так: датчик Хола, при прохождении в его прорези в нужный момент металлической шторки (лепестка) даёт необходимый импульс (скачок тока) на коммутатор, а тот в свою очередь отпирает мощный транзистор и подпёт импульс напряжения на катушку зажигания, которая преобразует низковольтное напряжение в высоковольтное и производит высоковольтный разряд на свечу. Так и появились на наших переднеприводных ВАЗах ( ин на иномарках) датчики холла в электронной системе зажигания.
Всё вроде бы просто, но вот когда эта искра куда то пропадает, то полезно уметь найти виновника неисправности.
Как проверить исправность катушки зажигания и коммутатора (да и датчика тоже) я уже писал, и желающие могут почитать об этом вот тут.
Ну а чтобы проверить датчик Холла, следует воспользоваться обыкновенным тестером (мультиметром) выставленным в режим замера постоянного напряжения (вольтметра) в пределах от 0 до 15 вольт. Можно использовать не тестер, а любой вольтметр, рассчитанный на замер постоянного напряжения от 0 до 15 вольт.
Остаётся прокрутить коленвал машины стартером и наблюдать за показанием вольтметра. Если датчик Холла снят с трамблёра машины, то при проверке следует просто провести отвёрткой в прорези датчика, как показано на рисунке.
Если датчик Холла исправен, то при прокручивании стартером или при проведении отвёрткой в прорези, на вольтметре появится скачёк напряжения от нуля до нескольких вольт. А если датчик Холла вышел из строя, то скачка напряжения не будет и датчик следует заменить новым. Вот и вся проверка. Чтобы заменить датчик, следует снять крышку трамблёра и открутив два винта датчика и отсоединив клемму, заменить его.
Кстати, пропажа искры бывает довольно часто при всех исправных компонентах системы зажигания. Просто бывает или клеммы окислились, или просто отошла клема одна от другой. Поэтому прежде чем проверять работоспособность катушки, коммутатора или датчика Холла, проверьте сначала целостность проводов к ним приходящих, а также чистоту и надёжность подсоединённых к ним клемм.
Если после проверки выяснится, что с проводами и с клемами всё в порядке, а искры всё равно нет, только тогда следует проверять работоспособность всех компонентов системы зажигания.
Ну а датчик Холла является самым дешёвым компонентом электронной системы зажигания, стоит примерно 3 — 5$ и поэтому есть смысл купить ещё один датчик и всегда возить его с собой. И хотя выходит из строя датчик Холла очень редко, ввиду его дешевизны и маленьких размеров, запасной датчик всегда должен быть в машине, особенно в дальней поездке.
Ещё как быстро проверить датчик холла можно посмотреть в видеоролике под статьёй.
Вот вроде бы и всё, надеюсь прочитав эту небольшую статью, начинающие водители теперь знают, как проверить датчик Холла и это поможет убедиться в том, что виновником пропажи искры является кто то другой из компонентов системы зажигания, успехов всем.
Проверка датчика Холла 2110
Датчик Холла 2110 является капризным механизмом, определить поломку которого порой бывает сложно даже профессионалам своего дела.
Его выход из строя может проявляться по – разному, есть несколько симптомов, которые могут указать на проблему лишь косвенно. Рассмотрим некоторые из них:
- мотор отказывается запускаться;
- обороты «плавают» на холостом ходу;
- двигатель глохнет без причины и плохо заводится в дальнейшем.
Эти признаки указывают на необходимость проверить датчик Холла. Один из самых простых способов проверить датчик – установить исправный (желательно новый) и подключить. Если после снятия ваше устройство не работает, пора приобретать новую деталь. Проверить работу датчика можно мультиметром – выставьте на устройстве нужный вам режим измерения напряжения, протестируйте показатели и наблюдайте. Показатели исправного устройства варьируются от 0, 5 до 12 В. Еще один вариант совершить проверку – снять с трамблера колодку и включить зажигание. Взять кусок провода и попробовать замкнуть контакты 2 и 3 на колодке.
При появлении искры можно сделать вывод, что датчик не работает.
Датчик холла или по-другому датчик положения распределительного вала является составляющей электронной системы управления двигателем современного инжекторного двигателя, в том числе и ваз-2110.
Как выполнить проверку
- Снимите распределитель зажигания(трамблер) с автомобиля.
- Соберите схему, показанную на фото. Напряжение питания должно быть 8–14 В. Вольтметр должен быть с пределом измерения не менее 15 В и внутренним сопротивлением не менее 100 кОм. Медленно поворачивайте валик распределителя зажигания. При этом вольтметр должен показывать резкое изменение напряжения от минимального (не более 0,4 В) до максимального. Максимальное напряжение не должно отличаться от напряжения питания менее чем на 3 В.
Датчик фаз 2110, 21102. Замена датчика фаз Замена приемной трубы глушителя ВАЗ-2110
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Как проверить датчик холла в ноутбуке
Датчик Холла | Описание, предназначение, виды
Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр.
Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?
С чего все начиналось
Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.
Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.
Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект – в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.
Линейные датчики Холла
О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи
а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.
Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.
Цифровые датчики Холла
Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:
В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:
[stextbox id=’info’]
Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.
Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.
Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться.
[/stextbox]
Как проверить датчик Холла
Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:
А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.
Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.
Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.
У меня под рукой оказался вот такой магнитик:
Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.
Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть
Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!
Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.
А вот и видео работы
Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.
Применение датчиков Холла
В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:
Применение линейных датчиков Холла
- датчики тока
- тахометры
- датчики вибрации
- детекторы ферромагнетиков
- датчики угла поворота
- бесконтактные потенциометры
- бесколлекторные двигатели постоянного тока
- датчики расхода
- датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
- датчики частоты вращения
- устройства синхронизации
- датчики систем зажигания автомобилей
- датчики положения
- счетчики импульсов
- датчики положения клапанов
- блокировка дверей
- измерители расхода
- бесконтактные реле
- детекторы приближения
- датчики бумаги (в принтерах)
Заключение
Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений.
Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.
www.ruselectronic.com
Ремонт ноутбука Toshiba Satellite L755d-11x. Часть 2. Замена датчиков, резисторов, транзисторов и восстановление дорожек
Начало статьи читайте в первой части.
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика. Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука. Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила.
Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D. То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта.
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания.
В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
Ссылка на видеоинструкцию:
http://www.youtube.com/watch?v=7earGGNh5No
kom-servise.ru
Датчик холла в ноутбуке как проверить
Последние вопросы
Ноутбуки Packard Bell EasyNote TV11HC
EasyNote TV11HC. Суть проблемы — при закрытии крышки перехода в спящий режим не происходит.
Но если сверху ещё чуть чуть надавить, то переходит в спящий режим. Можно просто посильнее закрыть крышки — опять же сработает. Думаю, что то не так, либо с датчиком закрытия крышки, либо с магнитом. Подскажите пожалуйста, где его искать?
Мульти Бренд Премиум сервис СПБ 19.09.2017 02:22
Для начала проверте целостность корпуса и петлей, так как при более сильном нажатии всё таки срабатывает.
Ремонт48 Липецк 18.09.2017 22:09
Нужно отрегулировать магнит или дело в деформированном корпусе.
Берёте маленький магнитик и проводите по периметру топ-панели в том месте где гаснет экран и устройство уходит в «сон» там и находится датчик хола как правило находится на левой части топ панели в районе клавиши Shift и Caps Lock (могу ошибаться) как правило перестаёт срабатывать после замены матрици если забыли установить магнит в крышку либо сместили его, ну и конечно же убедитесь, что корпус цел и петли закрываются полностью. (доброго вам времени суток и продолжительной работы вашему устройству)
Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр.
Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?
С чего все начиналось
Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.
Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.
Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект – в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.
Линейные датчики Холла
О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи
а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.
Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.
Цифровые датчики Холла
Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:
В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:
Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.
Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.
Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.
Как проверить датчик Холла
Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:
А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.
Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.
Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.
У меня под рукой оказался вот такой магнитик:
Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.
Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть
Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!
Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.
А вот и видео работы
Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.
Применение датчиков Холла
В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:
Применение линейных датчиков Холла
- датчики тока
- тахометры
- датчики вибрации
- детекторы ферромагнетиков
- датчики угла поворота
- бесконтактные потенциометры
- бесколлекторные двигатели постоянного тока
- датчики расхода
- датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
- датчики частоты вращения
- устройства синхронизации
- датчики систем зажигания автомобилей
- датчики положения
- счетчики импульсов
- датчики положения клапанов
- блокировка дверей
- измерители расхода
- бесконтактные реле
- детекторы приближения
- датчики бумаги (в принтерах)
Заключение
Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений.
Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.
Начало статьи читайте в первой части.
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика. Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука. Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила. Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D. То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта.
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания. В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.
5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
vmeste-masterim.ru
Датчик холла в ноутбуке как проверить. Ремонт ноутбука Toshiba Satellite L755d-11x. Часть 2. Замена датчиков, резисторов, транзисторов и восстановление дорожек
Как проверить датчик холла
Вопрос: Sony Vaio (VPCSB3V9R mbx-237) не реагирует на кнопку включения
Доброго времени суток!При подключении зарядки, желтый диод загорается, напруга на батарейку идет.
Не включается ни как, аккум+зарядка, просто ли зарядка или один аккум.
В течении нескольких дней перестал включатся, выходил из строя постепенно, день работал, день не включался. Если часто нажимать на включение, то можно поймать момент и ноут включится, правда потом отключится или если система стартанет, то уйдет в спящий режим и от туда, его можно достать только выдергиванием аккумулятора. Кнопки assets и web, так же ноут не включают. С электроникой знаком, но с ноутами не совсем.
Не могу понять с чего начать, не смотря на то, что прочитал пару статей о том, как стартует ноутбук. Нашел пару пробитых транзисторов, но думаю они не влияют на общий ход работы. Один на модуле питания, видимо отключает зарядку, второй идет на сидюк (как раз сидюк не работал).
Докопался до микросхемы SN0608098RHBR, пока непонятно как выявить неисправность. Не вижу последовательности действий. Есть идеи рыть вокруг кнопки включения, но думаю это пальцем в небо… кнопка рабочая.
Если есть возможность, подскажите, что нужно проверить?
За ранее благодарен.
Добавлено через 25 минутСейчас попробую проверить датчик холла.
Ответ: Есть вопрос по 6Pin шлейфу. Доп. плата отключена от материнки, мерим сопротивление на разъеме от земли на доп.плате сопротивление 125 кОм и растет. К доп. плате подключаю питание, мерю 19в на разъеме подключенному к материнке, относительно земли на доп.плате. Все остальные шлейфы отключены.Добавлено через 5 минут
Сообщение от Compute
ЛБП и осцил есть?
Не лабараторный, но есть БП. Осцила нет. Теперь мерю сопротивления на концах W_F1. Отключены все шлейфы, кроме одного 80ти пинового.Добавлено через 9 минутЕсли октлючить все шлейфы кроме 6ти пинового, при подключенном питании, 19в есть и без просадки.Теперь предохранитель. Относительно земли на доп плате, смотрю сопротивление. Справа 73 кОма и растет, слева 167 кОм и растет, если смотреть на плату как она на фото выше.
Добавлено через 6 минутуточнение: Справа 80 кОма, слева 164 кОм (емкостное и там и там), если смотреть на плату как она на фото выше.
еще есть два транзистора 6С, один в цепи подзарядки сильно подсевший, другой возле микросхемы PQ725 сгоревший.
forundex.ru
Датчик Холла > Практическая электроника
Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры — он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости — показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр — от греч. — тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?
Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.
Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, и поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит, знаете что он обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение, измеряемое в Вольтах ;-). Этот эффект и назвали в честь этого ученого.
Как только чухнули эту фишку, стали делать радиоэлементы с этим эффектом. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект — в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.
О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, например, токоизмерительные клещи, не касаясь самого провода, а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам.
Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком холла стали помещать различные логические элементы.
В результате промышленность стала выпускать датчики холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:
— Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.
— Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом — датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.
— Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.
Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:
А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую — минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.
Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.
Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс — на первый.
У меня под рукой оказался вот такой магнитик:
Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно — я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.
Как только я поднес магнитик «красным» полюсом к датчику холла, то у меня светодиодик сразу перестал гореть
Переворачиваю магнитик другим полюсом и вуаля!
Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.
А вот и видос:
Как вы видите на видео, мы с помощью магнитика управляем датчиком Холла..JPG)
Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть — единичка, сигнала нет — ноль. То есть светодиод горит — единичка, светод
avtomotostyle.ru
принцип работы, как проверить своими руками, применение
Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.
Кратко о принципе работы
В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис.
1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).
В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.
До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.
Типы и сфера применения
Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:
- Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение.
То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток - Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.
То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный токСледует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:
- униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
- биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.
Пример использования аналогового элемента
Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.
Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта ХоллаОбозначения:
- А – проводник.
- В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
- С – аналоговый датчик Холла.
- D – усилитель сигнала.
Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля
Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ.
Для этого обратимся к рисунку 5.
Обозначения:
- А – датчик.
- B – магнит.
- С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).
Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:
- При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
- В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
- В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.
Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.
Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110Проявление неисправности и возможные причины
Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:
- Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
- Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
- Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
- Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
- В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.
Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП.
Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:
- попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
- произошел обрыв сигнального провода;
- в разъем ДП попала вода;
- сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
- порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
- повреждение проводов, подающих питание к ДП;
- перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
- проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
- проблемы с блоком управления;
- неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
- возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.
Как проверить работоспособность датчика Холла?
Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:
- Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:- отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
- запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.
Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.
- Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока).
Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.
- Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.
Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.
Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХТестирование осуществляем по следующему алгоритму:
- Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
- Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.
Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).www.asutpp.ru
Как проверить датчик холла
Вопрос: Sony Vaio (VPCSB3V9R mbx-237) не реагирует на кнопку включения
Доброго времени суток!
При подключении зарядки, желтый диод загорается, напруга на батарейку идет. Не включается ни как, аккум+зарядка, просто ли зарядка или один аккум.
В течении нескольких дней перестал включатся, выходил из строя постепенно, день работал, день не включался.
Если часто нажимать на включение, то можно поймать момент и ноут включится, правда потом отключится или если система стартанет, то уйдет в спящий режим и от туда, его можно достать только выдергиванием аккумулятора.
Кнопки assets и web, так же ноут не включают. С электроникой знаком, но с ноутами не совсем.
Не могу понять с чего начать, не смотря на то, что прочитал пару статей о том, как стартует ноутбук. Нашел пару пробитых транзисторов, но думаю они не влияют на общий ход работы. Один на модуле питания, видимо отключает зарядку, второй идет на сидюк (как раз сидюк не работал).
Докопался до микросхемы SN0608098RHBR, пока непонятно как выявить неисправность. Не вижу последовательности действий. Есть идеи рыть вокруг кнопки включения, но думаю это пальцем в небо… кнопка рабочая.
Если есть возможность, подскажите, что нужно проверить?
За ранее благодарен.
Добавлено через 25 минут
Сейчас попробую проверить датчик холла.
Доп. плата отключена от материнки, мерим сопротивление на разъеме от земли на доп.плате сопротивление 125 кОм и растет.К доп. плате подключаю питание, мерю 19в на разъеме подключенному к материнке, относительно земли на доп.плате. Все остальные шлейфы отключены.
Добавлено через 5 минут
Сообщение от Compute
ЛБП и осцил есть?
Не лабараторный, но есть БП. Осцила нет.Теперь мерю сопротивления на концах W_F1. Отключены все шлейфы, кроме одного 80ти пинового.
Добавлено через 9 минут
Если октлючить все шлейфы кроме 6ти пинового, при подключенном питании, 19в есть и без просадки.
Теперь предохранитель. Относительно земли на доп плате, смотрю сопротивление. Справа 73 кОма и растет, слева 167 кОм и растет, если смотреть на плату как она на фото выше.
Добавлено через 6 минут
уточнение: Справа 80 кОма, слева 164 кОм (емкостное и там и там), если смотреть на плату как она на фото выше.
еще есть два транзистора 6С, один в цепи подзарядки сильно подсевший, другой возле микросхемы PQ725 сгоревший.
forundex.ru
🚘 Как проверить датчик Холла мультиметром (тестером) или осциллографом
Принцип работы датчика Холла
Датчик Холла – это устройство, которое фиксирует изменения в электромагнитном поле. Фактически – это выключатель, который срабатывает в моменты появления магнитного поля возле него и вся суть его работы в автомобиле сводиться к получению данных о положении коленвала и распредвалов для своевременной подачи топливовоздушной смеси в цилиндр и её воспламенения. Последствием выхода такого датчика из строя является полная остановка двигателя, поскольку система управления двигателем «не знает» в каких положениях находятся поршни и клапана, а это чревато серьёзными последствиями.
В автомобилях Лада Веста принцип Холла используется в датчике фаз. Он располагается на шкиве впускного распредвала. В шкиве имеется прорезь, которая в момент прохождения мимо датчика меняет его потенциал до 0 вольт и передаёт эту информацию на блок управления двигателем.
В этот момент поршень первого цилиндра находится в ВМТ в такте сжатия.
Как проверить датчик Холла ВАЗ
Утверждать о неисправности датчика Холла только лишь по остановке двигателя нет никакого смысла, поскольку к этому результату может привести множество других причин. Но, если вы имеете кабель диагностического разъёма и ноутбук (планшет) с установленным программным обеспечением, вы всегда сможете точно определить неисправность датчика по коду ошибки. P0340, P0342, P0343 – коды ошибок, связанные с работоспособностью датчика фаз. Если у вас нет возможности считать коды ошибок, то возникает вопрос, как проверить датчик Холла своими руками. На этот вопрос есть ряд ответов:
- проверка датчика фаз мультиметром
- проверка датчика фаз осциллографом
- проверка датчика фаз светодиодом
Как видите, существует немало ответов на вопрос о том, как проверить датчик Холла на исправность — это даёт возможность выполнить диагностику в любых условиях. Рассмотрим более подробно информацию о том, как проверить датчик Холла прибором.
Проверка датчика Холла мультиметром
Проверка исправности датчика Холла мультиметром – самый популярный и простой метод диагностики этого элемента. Если у вас в дороге случилась неисправность, вы всегда можете при наличии мультиметра осуществить диагностику датчика фаз.
Для осуществления этого действия нужно настроить мультиметр на режим вольтметра и установить ограничение от нуля до пятнадцати Вольт. Далее необходимо включить четвёртую передачу и приподнять одно колесо автомобиля на домкрате. Подключив мультиметр к датчику и вращая колесо, следите за изменениями показателей мультиметра. Если датчик исправен, то при прохождении прорези шкива распредвала мимо него, напряжение будет кратковременно падать практически до отметки 0. При иных показателях или при полном отсутствии показателей датчик фаз можно считать неисправным. Таким образом, производится проверка датчика Холла тестером на автомобилях Лада Веста.
Проверка датчика Холла осциллографом
Этот метод также можно использовать для такого действия, как диагностика датчика Холла.
В отличие от предыдущего метода, осциллограф позволяет визуально увидеть график скачков напряжения. Видео на экране осциллографа даёт немного более ясную картину и может использоваться для проверки «умирающего» датчика — он может создавать временные перебои в работе двигателя и, при подключении к нему осциллографа у вас будет возможность сравнить работу датчика в нескольких циклах. Например, бывает такое, что датчик периодически не выдаёт достаточного напряжения, и осциллограф это наглядно продемонстрирует в виде разницы амплитуд.
Чтобы протестировать датчик фаз осциллографом, нужно установит автомобиль на подъёмник, подключить осциллограф, включить зажигание, запустить двигатель и включить первую передачу. Для более менее определённой картины достаточно будет наблюдать за показаниями в течение минуты.
Спасибо за подписку!
Проверка датчика Холла светодиодом
Как проверить датчик Холла без тестера? Вы можете выполнить проверку, воспользовавшись элементарным светодиодом.
Метод не отображает числовые характеристики напряжения, но проверки с помощью светодиода достаточно для того чтобы убедиться в исправности или неисправности датчика фаз.
Для такой проверки достаточно подключить светодиод проводами к датчику фаз и сымитировать работу двигателя любым из методов, указанных выше. Если светодиод моргает с одинаковой периодичностью (один раз за полный такт работы первого поршня), то датчик исправен и не подлежит замене. Если же светодиод не моргает, то это говорит о неисправности датчика или неисправности светодиода (рекомендуется проверить светодиод перед использованием в качестве тестера).
Но при такой проверке есть одно «но»: если датчик фаз не выдаёт достаточного напряжения для получения системой управления двигателя сигнала, то диод всё равно будет моргать.
olade.ru
Датчик холла в ноутбуке как проверить
Начало статьи читайте в первой части.
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика.
Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука. Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила. Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D.
То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта..JPG)
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания. В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
Начало статьи читайте в первой части.
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика. Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука.
Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила. Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D. То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта.
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания. В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
Последние вопросы
Ноутбуки Packard Bell EasyNote TV11HC
EasyNote TV11HC. Суть проблемы — при закрытии крышки перехода в спящий режим не происходит. Но если сверху ещё чуть чуть надавить, то переходит в спящий режим. Можно просто посильнее закрыть крышки — опять же сработает. Думаю, что то не так, либо с датчиком закрытия крышки, либо с магнитом. Подскажите пожалуйста, где его искать?
Мульти Бренд Премиум сервис СПБ 19.09.2017 02:22
Для начала проверте целостность корпуса и петлей, так как при более сильном нажатии всё таки срабатывает.
Ремонт48 Липецк 18.09.2017 22:09
Нужно отрегулировать магнит или дело в деформированном корпусе.
Берёте маленький магнитик и проводите по периметру топ-панели в том месте где гаснет экран и устройство уходит в «сон» там и находится датчик хола как правило находится на левой части топ панели в районе клавиши Shift и Caps Lock (могу ошибаться) как правило перестаёт срабатывать после замены матрици если забыли установить магнит в крышку либо сместили его, ну и конечно же убедитесь, что корпус цел и петли закрываются полностью. (доброго вам времени суток и продолжительной работы вашему устройству)
rg-gaming.ru
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:
- 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.
- 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.
- 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.
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.
Если перечисленные проблемы сразу же исчезли, значит, вам необходимо приобрести новый.
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 проверить датчик холла на ВАЗ
Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ состоит изХолла, коммутатора, катушки и распределителя (трамблера). Поэтому при диагностике системы зажигания поочередно проверяются все ее составляющие на работоспособность. Сам датчик Холла можно проверить несколькими способами.Проверьте работоспособность датчика Холла с помощью приборов АЗ-1 и МД-1 следующим способом. Прибор МД-1 подключите вместо коммутатора, включите зажигание, но сам мотор не заводите. Включенное состояние светодиода П будет сигнализировать об исправности замка и реле зажигания.
Горение светодиода К говорит об исправности катушки зажигания. Включите стартер. Если светодиод Д замигает, значит, датчик Холла исправен. Если светодиод Д мигать не будет, подключите прибор АЗ-1 вместо датчика Холла. Прибор заменит вышедший из строя датчик и позволит продолжать движение на скорости до 90 км/час. Загоревшийся на нем индикатор говорит о готовности прибора к работе. Выключенный индикатор показывает на неисправность проводки.
Проверьте работоспособность датчика Холла с помощью вольтметра и резистора на 2 кОм. Для этого снимите распределительзажигания и подключите к нему вольтметр и сопротивление так, как это показано на рис. Подключите питание, напряжением 10-12 В. Чтобы вольтметр давал правильные показания, его предел измерений должен быть не менее 15 В, а внутреннее сопротивление должно быть не менее 100 кОм.
Начните потихоньку поворачивать вал распределителя. Показания вольтметра должны резко изменяться от минимальных до максимальных. При этом минимальное напряжение должно быть не более 0,4 В, а максимальное отличаться от питающего более чем на 3 В.
При отсутствии каких-либо приборов и в дорожных условиях проверьте работоспособность датчика Холла примитивным способом с помощью свечи зажигания. Выкрутите одну из свечей и положит ее на двигатель. Включите зажигание и проверьте питание на обоих контактах катушки зажигания. Затем выньте центральный провод из крышки трамблера и просуньте его между трубками тормозного цилиндра так, чтобы оголенный контакт находился на расстоянии5-10 мм от корпуса цилиндра. С помощью отрезка провода соедините центральный контакт трамблера и отрицательную клемму аккумуляторной батареи. Если при этом возникнет искра между корпусом тормозного цилиндра и протянутым к нему проводом, датчик Холла неисправен. Все проверки проводите при включенном зажигании.
Новый датчик Холла при установке проверьте следующим образом.
Вставьте его в разъем, включите зажигание и проведите металлической пластиной через его прорезь. Если проскочит искра между проводом и пластиной, датчик исправен.
Признаки неисправности датчика Холла на автомобилях ВАЗ
В ситуации, когда двигатель автомобиля перестал запускаться либо запускается и глохнет или троит на холостых автовладельцу нужно точно и быстро определить причину неисправности.
В некоторых случаях виновником таких проблем с двигателем может быть установленный в трамблере (распределителе зажигания) датчик Холла.
На примере бесконтактной системы зажигания карбюраторного двигателя 21083 автомобиля ВАЗ 21083 (21093, 21099) попробуем определить признаки неисправности датчика Холла для того чтобы либо сразу исключить его из перечня неисправностей, приводящих к перебоям в работе двигателя, либо идти в магазин за новым для замены.
Признаки неисправности датчика Холла
— Нет искры на свечах зажигания
Двигатель в таком случае вообще не запускается. Водитель крутит стартером коленчатый вал, а вспышек в цилиндрах нет. Возможно как раз и вышел из строя датчик Холла, так как он ключевое звено в искрообразовании. Ведь «сжечь» его можно совершенно случайно и незаметно для себя. Например, сняв наконечник высоковольтного провода со свечи зажигания при работающем двигателе.
Для проверки вытаскиваем наконечник центрального высоковольтного провода из крышки трамблера, подносим его к «массе» (например, к двигателю) на расстояние 7-10 мм (более правильно будет вставить в наконечник исправную свечу и положить ее на двигатель). Включаем зажигание. Помощник прокручивает двигатель стартером, а мы наблюдаем за искрой. Если искра есть, с датчиком Холла все в порядке. Причину исчезновения искры тогда следует искать в крышке трамблера, бегунке, высоковольтных проводах или свечах зажигания.
Проверяем исправность датчика Холла по наличию искры на центральном бронепроводе (высоковольтном проводе) с катушки зажиганияЕсли искры нет, снимаем колодку с датчика Холла. Центральный бронепровод катушки подносим к «массе» (способом описанным выше). Включаем зажигание. Касаемся отрезком провода на ней вывода черно-белого провода («масса») и зеленого (импульс на коммутатор). В момент касания должна проскакивать искра между наконечником центрального бронепровода с катушки и двигателем («массой»). Если все так, датчик Холла исправен, если искры нет, то для надежности можно провести еще одну проверку и в случае чего заменить датчик. См. «Проверка датчика Холла».
Имитируем работу датчика Холла соединяя отрезком провода выводы бело-черного и зеленого проводов в колодке при включенном зажиганииСледует отметить, что подобные проверки возможны если исправна катушка зажигания. См. «Проверка катушки зажигания ВАЗ 2108, 2109, 21099».
— Искра есть, но двигатель троит и глохнет
В таком случае скорее всего она проскакивает не своевременно. Так как в магнитном поле датчика Холла вращается стальной экран с четырьмя прорезями причину проблемы стоит поискать в этой конструкции. Возможно экран погнут или отвалился магнит датчика, или опорная пластина повреждена (плохо закреплена). Тут поможет только визуальный осмотр. Необходимо снять крышку с трамблера, защитный экран и осмотреть датчик Холла. Поврежденные детали нужно заменить новыми или заменить трамблер целиком.
Примечания и дополнения
— Несколько слов о работе датчика Холла, так как зная его принцип действия можно эффективно диагностировать связанные с ним проблемы в системе зажигания двигателя автомобиля. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла, когда магнитное поле проводника изменяется при прохождении в нем специального экрана с прорезями. Подробнее «Устройство и принцип действия датчика Холла».
— Существует несколько особенностей снятия-установки датчика Холла на трамблер. Подробно о них «Как своими силами снять и заменить датчик Холла?».
— На эффекте Холла работают и некоторые другие датчики в автомобиле. Например, датчик скорости.
Еще статьи по системе зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
— Диагностика карбюраторного двигателя по нагару на свечах зажигания
— Позднее зажигание, признаки и причины неисправности
— Двигатель автомобиля работает неустойчиво на всех режимах, причины
— Черный нагар на свечах зажигания
— Центробежный регулятор опережения зажигания
— Порядок присоединения высоковольтных проводов к крышке трамблера на ВАЗ 2108, 2109, 21099
— «Пробивают» высоковольтные провода признаки и причины неисправности
Как проверить датчики Холла в мотор-колесе?
Датчики Холла – это маленькие электронные устройства, реагирующие на магнитное поле. Именно по ним синхронный двигатель узнает, в каком положении в данный момент времени пребывает ротор, и подает напряжение на определенные фазы. Вот зачем нужны датчики Холла в мотор-колесе – они отвечают за правильное чередование фаз и обеспечивают вращение мотора. Эффект Холла используется при создании датчиков положения, устанавливаемых в редукторных и прямоприводных мотор-колесах электровелосипедов и других видов транспорта.
Кроме мотор-колес, такие элементы (но только другого типа) устанавливаются в ручках газа. Они создают управляющий сигнал для контроллера. Принцип их работы заключается в создании в проводнике с током, находящемся в магнитном поле, поперечной разности потенциалов. Внешне такие датчики представляют собой компактные устройства с 3 выводами – аналоговым или цифровым и 2 выводами питания. От индуктивных датчиков они выгодно отличаются пропорциональностью выходного сигнала магнитному полю, а не скорости его изменения.
Причины и диагностика поломки датчиков положения
Причиной поломки датчиков Холла могут стать:
- значительный перегрев электромотора – выше 150–180 °С;
- механические повреждения;
- скачки напряжения;
- попадание воды внутрь корпуса электродвигателя или ручки газа.
Явным признаком поломки датчиков Холла считается подергивание МК при старте во время поворота ручки газа. Для диагностики такой неисправности достаточно вольтметра. Также для проверки работоспособности мотор-колеса, контроллера или ручки газа удобно воспользоваться диагностирующим тестером. Он позволяет продиагностировать датчики положения и обмотки, выявить имеющиеся дефекты, проверить фазовый угол и корректность переключения фаз.
Мониторинг работы ручки газа
На ручку газа от контроллера идет 3 провода:
- «ноль» – черный;
- питание 5 В – красный;
- управляющий сигнал, подающийся с ручки газа на контроллер (напряжение меняется в диапазоне 0–4,2 В, в зависимости от угла поворота ручки) – зеленый.
Для проверки работоспособности датчиков Холла в ручке акселератора необходимо измерить вольтметром напряжение на красном проводе. К нему нужно подключить «+» клемму прибора, а к черному проводу – минусовую. Если в исследуемой цепи нет напряжения 5 В, причина неполадок кроется не в ручке газа. Возможно, неисправен контроллер, или на него не поступает питание, или произошел обрыв проводки, идущей от контроллера к ручке акселератора.
Если же вольтметр показывает подачу напряжения на ручку акселератора, но при ее плавном повороте напряжение на зеленом проводе отсутствует, причина неполадок кроется в неисправности, как минимум, одного из датчиков Холла или подходящих к нему проводов. Неисправные элементы подлежат замене.
Проверка датчиков Холла в мотор-колесе
Перед ремонтом мотор-колеса нужно при помощи тестера или вольтметра проверить состояние датчиков Холла. Алгоритм действий таков: подключить тестер или подать напряжение +5 В и, вращая ось мотора, понаблюдать за изменением напряжения на сигнальной ноге. Проще поддаются ремонту моторы с винтами в боковой крышке. Если же крышка имеет резьбу, открутить ее сложнее – понадобятся специальные съемники.
Если при разборке мотора окажется, что обмотки потемнели (сгорели), восстановлению он не подлежит. Если же с обмотками все в порядке, обратите внимание на провода, идущие через ось к 3 миниатюрным датчикам. Обычно они посажены на силиконовый клей в нише, совпадающей по форме с геометрий корпуса датчика.
Замена датчиков Холла
Суть ремонта сводится к замене неисправных датчиков и восстановлению провода (при необходимости). Неисправные датчики нужно заменить – извлечь из паза в статоре, удалить остатки электронного устройства и следы клея, зачистить место монтажа и установить новые элементы. Контакты нужно припаять и изолировать. Для фиксации новых датчиков можно воспользоваться эпоксидной смолой или подходящим клеем. После ремонтных работ остается проверить исправность МК.
На видео наглядно демонстрируется, как работает мотор-колесо с неисправным датчиком Холла, поясняется, как выявить нерабочий датчик и правильно заменить его.
В предыдущей статье блога VoltBikes освещены принципы сборки электроквадроцикла своими руками.
Тестирование датчика на эффекте Холла
Тестирование датчика на эффекте Холла
, обычно используемые для датчика кулачка и кривошипа, но их также можно найти
и в других местах. Например, датчик скорости или счетчик оборотов
на некоторых компрессорах. По сути, датчик на эффекте Холла — это преобразователь
, способный выдавать переменный выходной сигнал в зависимости от силы магнитного поля
, с которым он находится в непосредственной близости.К датчику Холла подключены три провода
. Провод заземления, провод входного напряжения
и провод выходного сигнала. (Провод заземления можно не использовать для
заземление корпуса вместо провода.)
Что такое датчик на эффекте Холла?
Датчик на эффекте Холла не может сам по себе создавать изменяющийся выходной сигнал, ему необходимо разместить кусок металла на точном расстоянии от кончика датчика. Это создаст колеблющийся электрический сигнал, который будет индуцироваться по мере того, как металл перемещается в магнитное поле и выходит из него. Затем этот электрический сигнал передается от датчика по выходному сигнальному проводу.
Датчик на эффекте Холла использует опорное напряжение, приложенное к входному проводу, в качестве базового напряжения для выходного сигнала.Земля нужна только для замыкания цепи. Тем не менее, опорное напряжение обычно составляет 5 вольт, но в некоторых моделях оно варьируется от 8 вольт или до 12 вольт (или напряжения батареи). Это входное напряжение, обычно называемое опорным напряжением, обычно исходит от PCM.
Выходной провод обычно называют выходным сигналом или в некоторых справочных материалах он может даже называться входным сигналом PCM. Просто имейте в виду, что это выходной сигнал датчика, а не место, где можно добавлять какое-либо напряжение во время тестирования.
В большинстве случаев датчик кривошипа установлен рядом с коленчатым валом или на маховике с концом датчика всего в доле дюйма от зубчатого колеса пилы, называемого реактором. Зубья пилы реактора оказывают высокое и низкое сопротивление внутренней катушке датчика. Если вы возьмете реактор и распрямите его по прямой линии, вы увидите, что квадратные очертания вверх и вниз, которые он создает, имеют точно такую же форму прямоугольной волны, которую вы видите на своем осциллографе.На кулачковом датчике он может не иметь симметричного рисунка зубьев пилы, а иметь повторяемую конфигурацию вверх и вниз с различными рисунками длин длинных и коротких зубьев пилы.
Проверка датчика Холла
Есть несколько способов проверить датчик Холла, которые приходят на ум. Первый и наиболее часто получаемый неправильный тест — это держать датчик в руке, когда он подключен к омметру, а затем протирать датчик металлическим предметом, например гаечным ключом. Вы должны увидеть движение на счетчике.Это не тест с абсолютной уверенностью, который указывает на то, что датчик находится в хорошем состоянии. Хотя он показывает, может ли датчик регистрировать сигнал, это не хороший / плохой результат теста. Вам нужно будет проверить это дальше, чтобы быть уверенным.
Следующим лучшим методом, не снимая датчик с автомобиля, является использование сканера. Большинство сканеров, способных считывать показания датчика кулачка или кривошипа, обычно позволяют вам видеть значения датчика в режиме реального времени. Некоторые считывают количество оборотов, некоторые считывают выходное напряжение (вход PCM от датчика), а некоторые могут показывать только входное напряжение или процент выходного сигнала.(На некоторых сканерах сигнал датчика скорости колеса будет преобразован в миль / ч, а не в показания напряжения.)
Я предпочитаю использовать осциллограф. Начните с подключения заземляющего провода осциллографа к заведомо исправному заземлению, затем снова проверьте один из выводов соединения датчика. (На этом этапе нет необходимости знать, какой провод какой, мы узнаем это через минуту.) Значение напряжения «0» или близкое к 0, скорее всего, будет указывать на заземляющий провод датчика. Если на проводе отображается напряжение, близкое к 5 В или более, скорее всего, это провод входного опорного напряжения.Оба эти отведения можно считывать с помощью мультиметра, если прицел недоступен. Однако оставшееся опережение не будет точно регистрироваться мультиметром при работающем двигателе или, в случае датчика скорости при вращении колеса, для этого требуется осциллограф. Как я упоминал ранее, это отведение, которое будет создавать прямоугольную волновую диаграмму.
Последняя проверка заключается в том, чтобы найти электрическую схему для автомобиля, над которым вы работаете, и проверить различные места расположения проводов на разъеме и их функции.После того, как вы определили правильность проводов, показания напряжения, которые вы видите на осциллографе, должны помочь вам в определении состояния датчика. Чтобы углубиться в диагностику, и если у вашего прицела более одного канала, вы можете использовать следующий канал, чтобы одновременно видеть датчик кулачка и кривошипа на одном экране. Наблюдая за положением максимальных и минимальных значений на экране, вы сможете определить фактическое положение поршня (коленчатого вала) и кулачка по отношению к пикам и впадинам двух датчиков.
Тестирование с использованием показаний датчика Холла
Со временем вы научитесь читать на экране осциллографа как на дорожной карте. Я ни в коем случае не самый быстрый ученик, но мне удалось достаточно понять формы волны осциллографа и схемы датчиков кулачка и кривошипа, чтобы обнаружить множество проблем, на решение которых мне потребовались бы часы. это, и нет причин, по которым вы не могли бы сделать то же самое.
(PDF) Оценка характеристик датчика на эффекте Холла
Труды 4-й иранской международной конференции по неразрушающему контролю
26-27 февраля 2017 г., Olympic Hotel, Тегеран, Иран
IRNDT 2017
Оценка рабочих характеристик датчика на эффекте Холла
Реза Марданинеджад1 ,
Мир Саид Сафизаде 2
1 М.Sc. студент, факультет машиностроения, Иранский университет науки и технологий, [email protected]
2 Доцент кафедры машиностроения Иранского университета науки и технологий, [email protected]
Резюме
Неразрушающий контроль на эффекте Холла — это хорошо зарекомендовавший себя метод контроля металлических объектов в различных отраслях промышленности, включая
авиастроение, автомобилестроение и обрабатывающую промышленность. Метод эффекта Холла отличается высокой точностью и аккуратностью.Простой в изготовлении и недорогой процесс изготовления
делает его эффективным способом обнаружения дефектов, позиционирования, бесконтактного переключения
и различных приложений.
В данной статье представлена конструкция, интеграция и оценка характеристик датчиков на эффекте Холла. Чтобы спрогнозировать работу датчика Холла
до изготовления, в COMSOL Multiphysics моделируется FEM-модель датчика. Анализ поведения
смоделированного датчика обеспечивает аспекты производительности, которые необходимо достичь.Экспериментальные результаты изготовленного датчика Холла
показывают хорошее соответствие смоделированного и изготовленного датчика Холла.
Ключевые слова: эффект Холла, COMSOL, NDT
1- Введение
В настоящее время растет спрос на быстрые, надежные и экономичные технологии для проверки приборов, которые охватывают
стареющих ядерных и нефтехимических объектов, а также авиацию. и военно-морской флот. Кандидаты на метод эффекта Холла для
, отвечающие многим требованиям к контролю и другим жизненно важным приложениям в отраслях.Существующие и новые технологии электромагнитного неразрушающего контроля
выиграют от разработки аналитических вихретоковых моделей, которые могут ускорить разработку соответствующих инструментов и методов контроля для данной области применения [1]. Подход
метода эффекта Холла аналогичен вихретоковым катушкам с той разницей, что полупроводник играет роль приемных катушек
в вихретоковом датчике. Эффект Холла — это создание разности напряжений на (полупроводниковой) пластине
, поперечной электрическому току в (полупроводнике) и магнитного поля, перпендикулярного току
.В его основном типе ток, подаваемый стабильным источником переменного или постоянного тока, питает две клеммы, а напряжение Hall
считывается через две другие клеммы. Сила Лоренца действует на движущиеся заряды (электроны) в пластине Холла
, где в присутствии магнитного поля эта сила толкает заряды к противоположным сторонам пластины Холла. Выходной сигнал
очищается и усиливается для обеспечения чувствительности в диапазоне мВ / А. Эффект Холла был открыт
Эдвином Холлом в 1876 году [2].Он указал, что выходной сигнал датчиков Холла положительно коррелирует с величиной
перпендикулярных магнитных полей. Датчик Холла
отличается высоким магнитным разрешением, стабилизацией чувствительности датчиков и дрейфом смещения, что является подходящим методом
для измерения магнитных полей, обнаружения дефектов, определения положения и бесконтактного переключения в автомобильной и промышленной электронике
.
Однако датчики на эффекте Холла страдают недостатками, которые ограничивают их точность и точность, а также их использование в высокопроизводительных измерительных системах
.В частности, дрейф чувствительности из-за изменений температуры, механических напряжений
и старения является одним из их текущих основных ограничений [3]
Отношение сигнал / шум (SNR) и смещение являются важными характеристиками при оценке характеристик датчиков Холла. Форма пластины Холла
играет ключевую роль в уменьшении смещения и отношения сигнал / шум. Устранение острых краев полупроводника повлияет на характеристики датчика Холла
, например, полупроводник крестообразной формы токового режима может значительно снизить остаточное смещение и шум
[4], кроме того, другие исследования в области обычного напряжения Холла. преобразователи [3].Кроме того,
калибровка чувствительности микросистемы измерения тока на основе датчика магнитного поля Холла — это современная методика
, исследованная в [4].
Было разработано несколько методов для улучшения характеристик датчиков Холла. Однако большинство из них фокусируется на форме
Холла, типе режима тока или режима напряжения.
В данной статье рассматривается пошаговое моделирование датчика Холла в токовом режиме с крестообразной формой в 2D COMSOL
Multiphysics.Смоделированный датчик Холла оценивается Verilog-A для оценки имитационной модели.
Кроме того, для обнаружения дефектов используется заголовок гибкого диска с датчиком Холла.
2-Methodology
Если пластина Холла используется в режиме измерения напряжения, это означает, что измеряемое магнитное поле преобразуется в выходное напряжение
. Если к пластине Холла не приложено магнитное поле, то напряжение Холла не появится на двух выводах пластины Hall
, тогда как перпендикулярное магнитное поле в присутствии поперечного тока вызовет напряжение Холла, как показано на рисунке
. 1.Фактически, любой дефект в объекте вызовет изменения магнитных полей, которые появляются впоследствии при изменении напряжения Холла
. Напряжение Холла напрямую связано с серьезностью дефекта, больший дефект приведет к более высокому напряжению
. Исходя из этого подхода, настоятельно рекомендуется использовать датчик Холла в качестве метода неразрушающего контроля.
| 2Dex В РАЗРАБОТКЕ | InAs — стабильный | InAs — чувствительный | GaAs | |
| Что заставляет это работать? Слова, которые произведут впечатление на начальника | Тонкопленочная технология с использованием двумерной структуры электронного газа (2DEG) | Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой стабильности | Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой чувствительности | Тонкая пленка из арсенида галлия |
| Диапазон температур Преимущество датчиков Холла без кремния заключается в возможности их использования при более экстремальных температурах | от 1 K до 402 K (от -272 ° C до 125 ° C) | 1.От 5 K до 375 K (от -271,5 ° C до 102 ° C) | от 208 K до 373 K (от -65 ° C до 100 ° C) | от 233 K до 402 K (от -40 ° C до 125 ° C) |
| Взаимозаменяемость Возможность работы с несколькими датчиками с идентичным приводом и измерительными установками | Хорошо — узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и небольшое напряжение смещения | Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности | Плохо — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания средней чувствительности значение | Плохо — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности |
| Прочность Способность выдерживать удары и вибрацию | Хорошо | Плохо | Плохо | Хорошо |
| Совместимость прибора Lake Shore Совместимость гауссметра / тесламетра для этих датчиков, позволяющая автоматически отображать значения поля прибором | Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play — полный калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру зонда | 425 или 475 гауссметра с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром | ,, 425 или 475 гауссметром с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром | Нет |
| Плоский эффект Холла Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом | Нет, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией. | Значительный — объемный материал производит достаточно плоского эффекта Холла, поэтому для точных измерений требуются поля с известными направлениями. | Значительный — объемный материал создает достаточный планарный эффект Холла. что для точных измерений требуются поля с известными направлениями | Некоторые тонкопленочные элементы могут демонстрировать небольшие плоские погрешности эффекта Холла |
| Чувствительность при номинальном токе Влияет на точность измерения и разрешение — чем больше число, тем лучше | Ожидаемое значение от 50 до 53 мВ / Т | 5.От 5 до 11 мВ / T | от 55 до 125 мВ / T | от 110 до 280 мВ / T |
| Температурный коэффициент чувствительности Влияет на точность при больших перепадах температуры | 200 ppm / ° C ожидаемый | 50 ppm / ° C | 800 ppm / ° C | 600 ppm / ° C |
| Номинальный ток привода Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков | 1 мА | 100 мА | 100 мА | 1 мА |
| Типичное входное сопротивление Полезно при выборе схемы управления | 800 Ом | 2 Ом | 2 Ом | 750 Ом |
| Типичный температурный коэффициент входного сопротивления Дополнительный источник погрешности измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика | 0.7% / ° C ожидаемое | 0,15% / ° C | 0,18% / ° C | 0,2% / ° C |
| Лучшее напряжение смещения (эквивалент поля) Компонент ошибки, имеющий большее влияние на небольших полях | Подлежит определению | ± 50 мкВ (4,5 мТл) | ± 75 мкВ (0,6 мТл) | ± 2,8 мВ (10 мТл) |
Определение положения и уровня с использованием технологии измерения на эффекте Холла
Определение положения и уровня с использованием технологии измерения эффекта Холла
Скачать PDF, версия
Гэри Пепка, Allegro MicroSystems, LLC
Аннотация
Применение датчиков Холла (магнитного поля) в последнее время стало практичным благодаря достижениям в поддерживающих технологиях.Эта статья знакомит с технологией эффекта Холла, а затем исследует, как она применялась, в частности, различая основные типы ИС датчиков Холла, а также сильно дифференцированный диапазон чувствительного поведения, которое они могут поддерживать. Кроме того, в нем исследуются некоторые вспомогательные технологии, такие как достижения в области обработки сигналов, которые сделали эту технологию намного более надежной, чем в ее первые дни. Это позволяет применять чрезвычайно высокую надежность бесконтактных приложений Холла в более широком диапазоне, чем когда-либо прежде.
Помимо усовершенствований в поддерживающих технологиях, были усовершенствованы сами устройства на эффекте Холла, которые вносят свой вклад в разработку законченных решений. Эти достижения включают сокращение мощности и пространства, а также интеграцию функций диагностики и защиты, которые позволяют ИС датчиков Холла предоставлять расширенные функции управления данными, которые становятся все более востребованными в миниатюрной портативной бытовой электронике, автомобилях и других растущих отраслях промышленности.
Введение
Благодаря большому разнообразию решений, доступных для определения положения и уровня, дизайнеры могут выбрать оптимальные технологии и пакеты для достижения своих коммерческих и технических целей.Из этих решений технология Холла с применением бесконтактного магнитного считывания обеспечивает исключительную ценность и надежность. В этой заметке по применению рассматриваются преимущества технологии Холла и то, как последние разработки в этих устройствах улучшают результаты определения положения и уровня.
Преимущества эффекта Холла
Средств определения положения и уровня может быть почти столько же, сколько приложений, требующих этих функций. Индуктивный, емкостной, механический, магниторезистивный, на эффекте Холла и оптический — это лишь некоторые из возможных вариантов измерения, и их список продолжает расширяться.Тем не менее, для проектировщика всегда остаются одни и те же критические элементы, которые необходимо решить и которые неизбежно сопоставляют требования приложения с соответствующей сенсорной технологией.
Критические требования, такие как: стоимость, расстояние перемещения (эффективный рабочий воздушный зазор), разрешение, точность и, зачастую, еще раз стоимость, — все это необходимо определить для эффективного и действенного выбора подходящей технологии измерения. Конечно, построение ответов для каждого из этих элементов не всегда является простой задачей.Однако здесь гибкость технологии измерения на эффекте Холла является наиболее выгодной. Высокая надежность, небольшие размеры, приемлемая стоимость производства, широкий диапазон рабочего напряжения, множество вариантов вывода и простота реализации позволяют технологии измерения на эффекте Холла обслуживать приложения практически на всех рынках.
Обзор технологии Холла
Во-первых, краткое руководство о том, как работает технология Холла. Проще говоря, эффект Холла, названный так в честь сэра Эдвина Холла и открытый в 1879 году, относится к измеряемому напряжению на проводящем материале, например кремнии (Si) или арсениде галлия (GaAs), которое возникает, когда электрический ток течет через на проводник действует магнитное поле (см. рисунок 1).Эта поперечная сила, создаваемая магнитным полем, известна как сила Лоренца. Следовательно, устройству на эффекте Холла требуется магнитное поле для приведения в действие устройства.
Рис. 1. В эффекте Холла магнитный поток, перпендикулярный потоку электрического тока, дает измеримое напряжение.
Хотя сегодня технология Холла довольно распространена, она не стала получать массовое распространение до 1980-х годов. Это произошло потому, что потенциал напряжения на элементе Холла очень мал и может зависеть от внешних сил, таких как температура и напряжения корпуса.Как показано на рисунке 2, более современные устройства включают в себя усовершенствования в способности усиливать сигнал, в дополнение к использованию встроенных в микросхем методов подавления смещения, которые позволили использовать технологию измерения на эффекте Холла даже в экстремальных условиях окружающей среды. например, в автомобилях под капотом. Кроме того, «бесконтактная» работа интегральных схем на эффекте Холла дает пользователю почти бесконечную жизнь в отношении срабатывания и переключения.
Рисунок 2.Современные ИС датчиков на эффекте Холла объединяют методы преобразования и усиления сигналов для создания практических устройств.
Опции устройства Холла
Далее исследуя элементы, требующие рассмотрения для приложений измерения положения или уровня, ИС на эффекте Холла предоставляют разработчикам множество функций и вариантов, включая цифровой или аналоговый выход. Первый вариант оптимален для обнаружения дискретных положений, тогда как последний предоставляет пользователю относительно бесконечное количество положений для большего разрешения.Некоторыми примерами приложений, требующих дискретного определения положения или уровня, являются: автомобильные селекторы переключения передач, переключатели ремней безопасности, датчики положения сиденья, сотовые раскладные телефоны, бесщеточная коммутация двигателей постоянного тока, резервуары для жидкости стеклоочистителей и бензобаки, и это лишь некоторые из них. Из-за своей высокой надежности технология Холла используется для замены герконов и механических переключателей в этих приложениях.
Большинство переключателей на эффекте Холла имеют выходные структуры с открытым стоком и низким сопротивлением, что упрощает интерфейс для большинства микропроцессоров и другой цифровой электроники (пороговые компараторы, мультиплексоры, базовые вентили TTL и т. Д.).Типичный для выходов с открытым стоком, при включении выходное напряжение устройства на эффекте Холла переходит с высокого на низкое. При этом существует множество вариаций ИС на эффекте Холла для обслуживания множества приложений измерения положения и уровня, каждое из которых имеет свои нюансы. Эти варианты включают в себя такие функции, как: потребление микроэнергии, независимое от магнитного полюса измерение, программируемые пользователем параметры, двухпроводные устройства вывода с источником тока, магнитное смещение для обнаружения железных целей и инвертированные выходы.Все это не может быть адекватно обсуждено за один присест, и в данной статье основное внимание будет уделено стандартным устройствам: их работе и приложениям.
Характеристики стандартного устройства Холла
Существует три распространенных варианта стандартных цифровых ИС датчиков положения и уровня: униполярный, с фиксацией и биполярный. В униполярных переключателях срабатывание вызывается магнитным полем достаточной силы, чтобы включить устройство. Обычно B юг (B указывает плотность магнитного потока) должен быть больше, чем точка срабатывания магнитного поля, B OP , устройства для включения этих устройств.Как только магнитное поле уменьшается ниже точки магнитного срабатывания устройства, B RP , эти устройства возвращаются в состояние «выключено».
Блокировочные устройства включаются аналогично униполярным переключателям. Однако фиксирующие устройства можно выключить (разблокировать) только тогда, когда устройство обнаружит достаточную напряженность магнитного поля противоположной полярности, B север .
Биполярные переключатели похожи на устройства с фиксацией в том, что они используют противоположные магнитные полярности для включения и выключения.Но из-за высокой чувствительности этих устройств нельзя гарантировать, что они будут работать как защелки. В некоторых случаях биполярные переключатели могут иметь точки переключения (B OP и B RP ), которые заставляют их работать как стандартный униполярный переключатель или даже как отрицательный переключатель (переключение только при наличии достаточной северной магнитной полярности).
Приложения с низким разрешением
Отличным примером приложения, в котором используется дискретное определение положения, является автомобильный селектор переключения передач.В селекторах переключения передач обычно всего пять дискретных положений (парковка, задний ход, нейтраль, движение и низкое положение). С униполярным переключателем, размещенным в каждом отдельном положении (P, R, N, D и L), каждый переключатель включается только тогда, когда магнит в переключателе перемещается непосредственно рядом с переключателем, как показано на рисунке 3.
Рис. 3. Устройства Холла можно использовать в качестве бесконтактных переключателей, согласовывать однозначно с определенными положениями или группировать для обеспечения дополнительных позиций считывания путем анализа магнитных перекрестных помех с использованием нескольких устройств.
Если проектировщику потребуются дополнительные позиции, расстояние между устройствами можно уменьшить, чтобы создать перекрестные помехи между устройствами. Таким образом, дополнительные положения получаются, когда магнит находится достаточно близко к двум устройствам, так что оба они включены, тем самым увеличивая количество положений, например, с пяти до девяти. Простые двоично-десятичные системы (BCD) или более сложные системы, такие как код Грея или плотно упакованные десятичные числа (DPD), могут использоваться для декодирования логики и получения позиционной информации.
Подобным образом эту тактику можно использовать для определения уровней жидкости в резервуаре с помощью устройства флотации с магнитом внутри, как показано на рисунке 4. Когда магнит перемещается вверх и вниз с изменениями уровня жидкости, дискретные уровни определяются тем, какая микросхема датчика находится во включенном состоянии.
Рис. 4. Датчик уровня в резервуаре с жидкостью; сферический поплавок с кнопочным магнитом внутри движется по поверхности жидкости, в то время как устройства Холла и проводка полностью изолированы в отдельной камере.
Приложения с высоким разрешением
Из примера с селектором переключения передач очень быстро видно, что дискретное определение положения или уровня идеально, когда требуется всего несколько положений. Этот метод добавления устройства для каждой позиции очень быстро становится непомерно дорогостоящим и пространственно сложным, когда приложение требует более высокого разрешения.
Вход в линейный прибор на эффекте Холла с аналоговым выходом. Как и в случае с цифровыми переключателями, линейные устройства имеют множество функций; например, логометрические выходы, возможность программирования пользователем, цифровые выходы (такие как ШИМ) и однонаправленное или двунаправленное измерение.Как и в предыдущем описании устройств для дискретных положений или уровней, это обсуждение будет сосредоточено только на стандартных ИС линейных датчиков Холла: их средствах работы и применениях.
Большинство стандартных ИС линейных датчиков Холла имеют логометрические выходы (0,5 × В DD ), которые реагируют пропорционально напряженности магнитного поля. Эти устройства обычно требуют регулируемого источника питания 5,0 В, а QVO (выходное напряжение покоя, V OUT (Q) ) составляет 2,5 В при отсутствии значительного магнитного поля (см. Рисунок 5).Выходное напряжение увеличивается при обнаружении увеличения магнитного поля от южного полюса магнита, приближаясь к 5,0 В. И наоборот, выходное напряжение будет уменьшаться при обнаружении увеличения магнитного поля от северного полюса магнита, приближаясь к 0 В.
Рис. 5. Устройства с линейным эффектом Холла реагируют во всем диапазоне измеренного магнитного потока, выдавая логометрический аналоговый сигнал.
Существуют две общие конфигурации для приложений линейных устройств, которые составляют основу большинства проектов.Эти методы называются «скользящим» и «лобовым».
Сдвижные конфигурации
В стандартном скользящем приложении магнит движется по лицевой стороне корпуса, так что элемент Холла воспринимает один или оба магнитных полюса, как показано на рисунке 6. Фактически может быть три положения, в которых выходное напряжение равно нулю. : (а) до того, как магнит окажется достаточно близко, чтобы поле было воспринято устройством, (б) когда точка пересечения нуля (B = 0) между полюсами окажется непосредственно рядом с элементом Холла, и (в) когда магнит прошел мимо устройства достаточно далеко, так что на элементе больше не обнаруживается достаточного поля.Фактически, изменение выходного напряжения составляет от 2,5 до 0 В (при условии, что V DD составляет 5 В), когда северный полюс магнитного поля проходит через поверхность корпуса, и от 2,5 до 5,0 В, когда проходит южный полюс. лицевая сторона пакета. Обычно это называют двунаправленным зондированием.
Рис. 6. Скользящая конфигурация приложения и кривая отклика, показывающая отдельные узлы для пиков на северном и южном полюсе.
Конечно, также можно ощутить изменение только одного полюса устройства, хотя это может ограничить доступный диапазон.Это называется однонаправленным измерением, когда изменение выходного сигнала ограничивается только 2,5 В для стандартных линейных датчиков. Чтобы получить полный рабочий диапазон, нужно использовать программируемую пользователем линейную систему с этой функцией. Изменение выходного напряжения ИС на эффекте Холла при изменении поля на поверхности затем можно использовать для определения относительного положения движущегося магнита. Затем можно использовать аналого-цифровой преобразователь на стандартном микропроцессоре и простую справочную таблицу для передачи фактического положения.В этой ситуации разрешение (количество позиций, которые могут быть обнаружены) зависит от разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя, но аналоговый сигнал обеспечивает относительно бесконечное количество позиций.
Примером приложения, которое может использовать определение скольжения, является положение клапана, схематически изображенное на рисунке 7. В этом приложении часто магнит представляет собой двухполюсный кольцевой магнит, который вращается впереди (скользит лицевой стороной) эффекта Холла. упаковка. Когда противоположные магнитные поля проходят перед элементом, выходное напряжение изменяется пропорционально изменению напряженности поля.Посредством точного измерения положение клапана можно контролировать, чтобы более точно определять поток вещества через носитель.
Рис. 7. Определение положения клапана — проверенное приложение для скользящих конфигураций ИС Холла.
Конфигурации лобового столкновения
Прямое определение положения очень похоже на однонаправленное определение в конфигурации скольжения. По сути, линейная ИС Холла различает изменение напряженности магнитного поля только для одного магнитного полюса, который может иметь северную или южную полярность.Схема обнаружения проста. По мере приближения магнита к устройству поле, обнаруживаемое ИС, увеличивается, а напряженность поля уменьшается по мере удаления магнита, как показано на рисунке 8.
Рис. 8. Конфигурация лобового приложения и кривая отклика, показывающая монотонную характеристику независимо от ориентации полюса.
Определение высоты деки на беговой дорожке хорошо иллюстрирует использование техники лобового зондирования. Когда высота настила изменяется для изменения наклона бегуна, линейная интегральная схема Холла может использоваться для обнаружения смещения настила.Обычно магнит прикреплен к самой деке, в то время как узел датчика остается неподвижным. Когда бегунок увеличивает или уменьшает уклон деки, IC датчика обеспечивает обратную связь с модулем управления относительно относительного смещения посредством изменения напряженности поля, наблюдаемого элементом Холла.
Определение характеристик поля
Как и в случае с любой другой технологией, при разработке приложения с использованием ИС датчика Холла следует учитывать некоторые особенности.Тщательный выбор магнита имеет первостепенное значение, включая форму и размещение, как показано на рисунке 9. Напряженность магнитного поля экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния. Кроме того, магниты имеют температурные коэффициенты, которые необходимо учитывать.
Рис. 9. Эта модель изображает изменение напряженности поля для кнопочного магнита (аналогично тому, что используется на рис. 10). Стрелки представляют линии магнитного потока. Чем ближе линии к магниту, тем сильнее напряженность поля.
Поэтому для дискретного определения положения всегда рекомендуется определять эффективный воздушный зазор от лицевой стороны корпуса до магнита в требуемом положении переключения, а затем определять максимальную и минимальную напряженность поля в номинальном диапазоне температур. , на таком расстоянии. Затем это значение следует сравнить с максимальной номинальной рабочей точкой переключения для каждого альтернативного устройства.
Диаграмма и формула для оценки деградации поля за счет эффективного воздушного зазора представлены на рисунке 10.Это изменение можно рассчитать по следующей формуле:
где:
- Br = остаточная магнитная индуктивность материала, в Гс,
- L = Длина магнита, мм,
- X = расстояние между поверхностью магнита и устройством, мм, и
- R = Радиус магнита в мм.
Диаграмма отражает типичные результаты для магнита-пуговицы, аналогичного показанному на рисунке 9, состоящего из NdFe, номиналом 30 МОэ (эрстед; 1 Э = 100 микротесла, микротесла), с радиусом 2 мм и 1 мм толщина.
Хорошее практическое правило для проектировщика — убедиться, что в требуемом положении для переключения устройства напряженность поля по крайней мере на 10% больше, чем требуется при максимальной номинальной точке переключения. Например, если требуется, чтобы униполярный коммутатор с B OP (макс.) 50 G включился на определенном расстоянии, то напряженность поля на этом расстоянии должна быть не менее 55 G при любых условиях.
Разработка линейных приложений
В отличие от цифровых переключателей на эффекте Холла, для срабатывания которых требуется только определенная сила и полярность поля, линейным устройствам требуется немного больше технических характеристик для достижения удовлетворительных результатов.Коэффициент усиления линейной ИС определяет разрешение на заданном расстоянии. Следовательно, независимо от того, является ли приложение скользящим или прямым, необходимо выбрать соответствующее усиление.
Для этого должны быть установлены две известные конечные точки и требуемое разрешение (количество точек данных). Ниже приводится краткий пример определения соответствующего усиления.
Если предположить, что требования к приложению такие, как показано на рисунке 11, полезный линейный диапазон будет составлять 3 В.Полный диапазон движения магнита по устройству составит 200 Гс (Гаусс; 10 Гс = 1 миллитесла, мТл). Разделив изменение выходного напряжения V OUT на изменение приложенного поля Bapplied, можно получить соответствующий коэффициент усиления линейного устройства на эффекте Холла для этого приложения.
Для большей ясности, вот уравнения и результаты для этого примера. Общее уравнение:
Усиление (мВ / G) = В OUT (мВ) / B применяется (G) .
Чтобы использовать данные примера, сначала преобразуйте V OUT из В в мВ.
Тогда:
В ВЫХ = В — В ВЫХ1
= 4000 мВ — 1000 мВ
= 3000 мВ (полный линейный диапазон),
и
B применяется (G) = B max — B min
= 100 Гс — (–100 Гс) = 200 Гс.
Примечание. Применяется алгебраическое соглашение: положительные значения для B обозначают южную полярность, а отрицательные значения для B обозначают северную полярность.
Вводя их в общее уравнение:
Усиление (мВ / G) = 3000 мВ / 200 G
= 15 мВ / Г.
Конечно, в реальных приложениях передаточные функции не являются идеально линейными, и в системе может быть внутреннее смещение. По этой причине необходимо дополнительно рассмотреть точность, требуемую приложением, а также разрешающую способность аналого-цифрового преобразователя или аналогичного устройства, которое должно считывать выходной сигнал, и температурный коэффициент магнита.
В таких ситуациях полезно учитывать:
- Изменение выходного напряжения покоя в зависимости от температуры, В OUT (Q) (TA),
- Изменение чувствительности (усиления) как функция температуры, V sens (Q) (TA) и
- Линейность устройства в заданном диапазоне напряженности магнитного поля.
ИС с линейным эффектом Холла могут иметь обратное смещение с помощью магнитного поля для обнаружения железных целей.Например, датчики на основе ИС Холла широко используются в автомобильной промышленности для точного определения положения кулачков и скорости коленчатых валов в двигателях, чтобы улучшить синхронизацию и тем самым обеспечить более эффективное потребление топлива. Широкая полоса пропускания многих линеаров с эффектом Холла позволяет использовать их для определения изменений тока в преобразователях постоянного тока и в системах управления батареями в гибридных транспортных средствах.
Резюме
Очевидно, что это упрощенные примеры приложений, которые могут использовать зондирование на эффекте Холла, и очень сжатые описания возможностей и функций, предлагаемых этой технологией.Другие интересные примеры важных опций технологии Холла включают:
- Выходы источника тока двухпроводных устройств идеально подходят для критически важных с точки зрения безопасности приложений, таких как датчики положения сиденья и пряжки ремня безопасности. Это связано с тем, что эти устройства выдают два различных уровня тока, чтобы указать состояние включения и выключения. Любой выходной сигнал, который отклоняется от этих уровней, является неисправностью, предоставляя пользователю внутреннюю диагностику.
- Чрезвычайно низкое потребление тока (<5 Вт) позволяет использовать ИС на эффекте Холла в датчиках разомкнутой / замкнутой цепи.Это особенно ценно в приложениях с батарейным питанием, которые чувствительны к потере мощности, например: сотовые раскладные телефоны, портативные компьютеры и пейджеры.
- Гибкость этих ИС датчиков еще больше повышается за счет набора дополнительных компонентов. Некоторые корпуса с микропроводом (MLP, также известные как безвыводные пакеты DFN или QFN) имеют размер 2,0 × 2,0 × 0,5 мм, в то время как другие достаточно велики, чтобы включать самариево-кобальтовый магнит для обратного смещения ИС.
Множество приложений, которые можно обслуживать с помощью технологии Холла, приводят к постоянно растущему разнообразию этих устройств.В результате технология продолжает развиваться. Постоянное уменьшение размеров и постоянное увеличение возможностей делают технологию Холла жизнеспособным решением практически для любого положения или измерения уровня.
Пределы обнаружения магнитного поля для ультрачистых графеновых датчиков Холла
Пределы обнаружения для датчиков Холла микрометрового масштаба
На рисунке 1 обобщен 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 — это площадь устройства. Предел обнаружения магнитного поля зависит от квадратного корня из спектральной плотности мощности напряжения Холла, 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 .Следовательно, 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 микрометрового масштаба.Минимальный предел обнаружения магнитного поля S B 1/2 при 1 кГц в сравнении с шириной 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 газовой 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 они масштабируются как f — α (полосы ошибок отмечают диапазон 0,4 < α <0,6 ).
Согласно этой метрике устройства с аналогичной производительностью расположены вдоль пунктирных диагональных линий 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 инкапсулированного hBN графена 17 . При низкой температуре (4,2 K) предел обнаружения устройства G1 уменьшается на порядок, и мы получаем наименьшее значение S B 1/2 w , сообщаемое для любого датчика Холла, чтобы Дата. Дополнительные устройства с графитовым затвором (G2 и G3) показывают производительность, соответствующую приблизительному масштабированию предела обнаружения × -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 сообщалось ранее 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 на частоте 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 затвором вместе с оптическим изображением устройства G1 (см. Дополнительный рисунок 1 для оптических изображений дополнительных устройств, включая устройства с металлическими затворами). 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: Ультрачистые графеновые датчики Холла.a Изображение устройства G1 с оптического микроскопа ( 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 малых смещениях 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 качество электроники 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 при использовании 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 при условии простой емкостной связи 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 о других устройствах 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 указывает на 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 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 внутри креста Холла и ограничивает его пиковое значение. Несмотря на уменьшение пика R H , применение большего тока смещения все же увеличивает абсолютную чувствительность к напряжению IR H = (∂ V H / ∂ B ) B = 0 (Рисунок.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 от тока смещения пикового значения IR H . c Зависимость от 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 В 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 дефектные состояния 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 диаграммы 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 рис. 4e обобщены низкотемпературные зависимости напряжения затвора S V 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 высока, 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 вкладов 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 в датчике 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 при наличии большого фона магнитного поля.Насколько нам известно, об этом не сообщалось ни о каких высокоподвижных датчиках Холла микрометрического масштаба. В большом фоновом магнитном поле сопротивление Холла образует плато (рис. 5a), разделенные 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). Больший предел обнаружения по сравнению с измерениями в нулевом поле является результатом как уменьшенного R H , так и общего увеличения шума напряжения в большом фоновом магнитном поле, которое коррелирует с большим продольным магнитосопротивлением и может также 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 затвора, 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.
Что такое токоизмерительные клещи на эффекте Холла (переменного и постоянного тока)?
Токоизмерительные клещи на эффекте Холла могут измерять как переменный, так и постоянный ток в диапазоне килогерц (1000 Гц). Как и в токовых трансформаторах, токоизмерительные клещи с эффектом Холла используют жесткие железные губки для концентрации магнитного поля, окружающего измеряемый проводник.
В отличие от токоизмерительных клещей с трансформатором тока, клещи не наматываются медными проводами. Вместо этого магнитное поле, создаваемое проводником, фокусируется через один или несколько зазоров в сердечнике после зажима губок вокруг проводника. Обратите внимание на точку, где встречаются кончики губок токоизмерительных клещей на эффекте Холла.
Зазор существует там, где встречаются концы зажимов токоизмерительных клещей на эффекте Холла, создавая воздушный карман, через который магнитное поле (также известное как магнитный поток) должно перескакивать. Этот зазор ограничивает магнитный поток, так что сердечник не может насыщаться.
Напротив, зажимы трансформатора переменного тока в закрытом состоянии находятся заподлицо. В открытом состоянии на концах губок видны поверхности оголенного металлического сердечника.
В этом промежутке, покрытом тонкой пластмассовой формовкой, находится полупроводник, известный как датчик эффекта Холла — преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение, реагируя на магнитные поля, в данном случае магнитное поле измеряемого проводника или провода. Его цель — напрямую измерить магнитный поток. Затем выходное напряжение датчика усиливается и масштабируется, чтобы представить ток, протекающий через проводник, который находится внутри зажимов зажима.
Как работают токоизмерительные клещи на эффекте Холла
По мере того, как ток течет через измеряемый проводник, железный сердечник, образованный губками токоизмерительных клещей на эффекте Холла, позволяет магнитному полю легко проходить сквозь него — фактически, легче, чем воздух .
Когда магнитное поле (поток) достигает этого небольшого воздушного зазора в кончиках губок, поле должно перескакивать через этот зазор. Поскольку зазор невелик, поле остается сконцентрированным в зазоре, и датчик Холла, который находится в зазоре, выдает напряжение, пропорциональное магнитному потоку в зазоре, которое зажим преобразует в показания тока.
В устройствах на эффекте Холла постоянные магнитные поля также концентрируются через сердечник, как постоянный магнит, прилипший к железу. Из-за постоянного магнитного поля земли и возможности других магнитных полей вблизи места измерения эти зажимы требуют «обнуления» показаний перед выполнением измерения для устранения смещений.
Американскому физику Эдвину Холлу (1855-1938) приписывают открытие эффекта Холла в 1879 году.
Статьи по теме
Найдите подходящие токоизмерительные клещиИсследование радиационного воздействия на датчики Холла FD-SOI с помощью моделирования TCAD
Abstract
В этой работе исследуются отклики датчиков Холла с полностью обедненным кремнием на изоляторе (FD-SOI) на три основных типа эффектов ионизации облучения, включая общую ионизирующую дозу (TID), кратковременную мощность дозы (TDR) и единичную дозу. эффекты переходного процесса (SET).С помощью 3D-моделирования с помощью компьютерного моделирования (TCAD) с моделями фиксированного заряда изолятора, излучения, тяжелых ионов и гальваномагнитного переноса были оценены характеристики переходного тока, напряжения Холла, чувствительности, эффективности и напряжения смещения. Для эффекта ПИВ напряжение Холла и чувствительность датчика увеличиваются после облучения, тогда как эффективность и напряжение смещения уменьшаются. Что касается эффектов TDR и SET, когда энергия, выделяемая на датчик во время ядерного взрыва или инжекции тяжелых ионов, мала, переходное напряжение Холла датчика в закрытом состоянии сначала уменьшается, а затем возвращается к исходному значению.Однако, если выделение энергии велико, переходное напряжение Холла сначала уменьшается, затем увеличивается до пикового значения и уменьшается до фиксированного значения. Подробно проанализированы физические механизмы, приводящие к различным тенденциям переходного напряжения Холла.
Ключевые слова: датчики Холла , FD-SOI CMOS, радиационные эффекты, общая ионизирующая доза, кратковременная мощность дозы, переходный процесс единичного события, 3D-моделирование TCAD
1. Введение
Датчики Холла являются наиболее распространенными преобразователями, используемыми для включения магнитное поле в электрический сигнал.Благодаря своим преимуществам бесконтактности, сильной защиты от помех, высокой линейности, надежности и универсальности [1], датчики Холла используются в научных исследованиях, в бесщеточных двигателях постоянного тока, бесконтактных измерениях и т. Д. [2,3,4]. По сравнению с традиционным массивным Si CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник) для изготовления датчиков Холла, выбор технологии полностью обедненного кремния на изоляторе (FD-SOI) дает несколько важных преимуществ. Структура FD-SOI не только имеет преимущества меньшего шума, более низкого напряжения смещения и более высокой плотности интеграции [5,6,7], но также было подтверждено, что — по сравнению с объемной структурой — характеристики датчиков (такие как чувствительность и эффективность) улучшаются из-за его малой толщины и низкой концентрации легирования [8].
При использовании в аэрокосмических системах или системах управления ядерным оружием датчики должны нормально функционировать при сильном облучении. В целом радиационная среда, на которую датчики воздействуют, в основном, космической радиацией и техногенным ядерным излучением [9]. Например, в космической среде присутствуют космические лучи, пояс Ван Аллена и солнечные вспышки, которые могут привести к эффектам полной ионизирующей дозы (TID) и эффектам единичных переходных процессов (SET) на датчики [10,11]. Более того, кратковременные и высокоэнергетические рентгеновские и гамма-лучи, создаваемые ядерными взрывами и дневным светом, могут привести к эффекту кратковременной мощности дозы (TDR) [12].Следовательно, необходимо изучить влияние излучения на работу датчиков, используемых в жестких радиационных условиях.
Ранее опубликованная литература в основном была посвящена одному типу радиационного воздействия на датчик Холла при определенном источнике излучения, таком как гамма [13,14,15], протонное [16,17] и нейтронное излучение [18,19] . Карлова и др. [14] исследовали влияние гамма-излучения на сенсоры на основе GaAs. Однако это исследование ограничилось анализом вольт-амперных (ВАХ) характеристик и спектральной плотности шума до и после гамма-облучения.Поэтому анализ влияния облучения на магнитоэлектрические свойства, такие как напряжение Холла и чувствительность, не исследовался. Abderrahmane et al. [16] облучали датчики Холла на основе GaN протонами с энергией 380 кэВ и флюенсом от 10 14 п / см 2 до 10 16 п / см 2 . Наблюдались изменения подвижности электронов, сопротивления листа и чувствительности сенсоров до и после облучения. Более того, большинство опубликованных исследований посвящено датчикам Холла на основе полупроводников III-V.Имеется немного сообщений о радиационных эффектах кремниевых датчиков Холла, особенно FD-SOI, направленных на монолитную интеграцию датчиков и периферийных схем [20].
В данной работе исследуется влияние излучения на работу датчиков Холла FD-SOI с использованием инструментов компьютерного проектирования 3D-технологий (TCAD). Основное внимание в нем уделяется влиянию радиационных эффектов (таких как эффекты TID, TDR и SET) на характеристики датчиков Холла FD-SOI. Показатель качества (FOM) включает в себя напряжение Холла, чувствительность, эффективность и напряжение смещения.Остальная часть статьи организована следующим образом. Раздел 2 знакомит с теорией датчика Холла, структурой датчика Холла FD-SOI и методологией моделирования TCAD. В разделе 3 исследуются характеристики датчика Холла FD-SOI при различных воздействиях излучения посредством физического моделирования и обсуждается физический механизм. Наконец, в разделе 4 суммируются радиационные эффекты датчиков Холла FD-SOI.
2. Методология и физические модели
2.1. Теория датчика Холла
В этом разделе кратко представлены определения показателей качества (FOM) для оценки датчика Холла.Конкретные отношения FOM показаны в. Более того, в следующих разделах будут оцениваться изменения этих параметров во время или после облучения.
Таблица 1
Определения показателей качества (FOM) для датчика Холла 1 .
| FOM | Взаимосвязи | Каталожные номера |
|---|---|---|
| Напряжение Холла ( В H ) | VH = G rHnqtIbiasB | [1] |
| Абсолютная чувствительность ( S A ) | SA = VHB = G rHnqtIbias | [1] |
| Коэффициент полезного действия ( η ) | η = SAP = VHVbias · Ibias · B [VW · T] | [21] |
| Напряжение смещения ( В смещение ) | НЕТ | [20] |
Когда Полупроводник с текущим током помещается в магнитное поле, носители в полупроводнике смещаются в одну сторону силой Лоренца, и затем создается напряжение Холла ( В, H ).Чувствительность — одна из наиболее важных характеристик датчика Холла. Вообще говоря, чувствительность определяется как изменение выхода относительно данного изменения входа. Кроме того, следует отметить FOM, относящийся к потребляемой мощности датчика. Коэффициент эффективности ( η ), который также известен как чувствительность, зависящая от мощности, показывает, сколько напряжения Холла будет генерироваться при потреблении 1 Вт при магнитной индукции 1 Тл. Хорошо известно, что даже если датчик смещен при нулевом магнитном поле существует также паразитное напряжение, называемое напряжением смещения ( В, смещение, , ).Смещение V может быть вызвано несовпадением контактов, асимметрией геометрических размеров и неоднородностью материала активной области [20]. В практических приложениях очевидно, что смещение V должно быть как можно меньше.
2.2. Устройство для моделирования
Оптимальная структура датчика Холла FD-SOI была продемонстрирована в предыдущей работе авторов [8]. Краткое изложение приведено в Приложении A. Трехмерная геометрическая модель и поперечное сечение датчика Холла FD-SOI показаны на рис.Кроме того, конкретные геометрические размеры и концентрации легирования датчиков Холла FD-SOI включены в. Концентрация легирования кремниевой пленки толщиной 50 нм над скрытым оксидом составляет 1 × 10 16 см -3 , тем самым формируя состояние FD. Четыре сильнолегированных контакта расположены в центре четырех сторон кремниевой пленки. Когда ток смещения ( I bias ) приложен к контактам смещения, напряжение Холла может быть обнаружено на контактах Холла по интенсивности магнитной индукции ( B ) в отрицательном направлении оси z . .В частности, прикладывая напряжение к затвору ( В, g, ) на оксидном слое затвора, датчики можно включать или выключать.
( a ) трехмерная геометрическая модель и ( b ) поперечное сечение датчика Холла полностью обедненного кремния на изоляторе (FD-SOI) для моделирования технологии автоматизированного проектирования (TCAD).
Таблица 2
Конструктивные особенности датчиков Холла FD-SOI.
| Геометрические размеры | Концентрации легирования | |||
|---|---|---|---|---|
| L | 15 мкм | Силиконовая пленка | P-тип: N A = 1 × 10 | |
| W | 15 мкм | |||
| L a | 1 мкм | |||
| W b | 7.5 мкм | |||
| Оксид затвора | 100 нм | Контакты | Тип N: N D = 1 × 10 21 см −3 | |
| Силиконовая пленка | 9014 | 50 нм | Скрытый оксид | 400 нм |
| Подложка | 5 мкм | |||
2.3. Имитационные модели
Ионизационные повреждения материалов ионизирующим излучением приводят к серьезному ухудшению характеристик устройства, вызывая три эффекта ионизирующего излучения: эффекты TID, TDR и SET.
Эффект ПИВ относится к эффекту радиационного повреждения, связанному с накоплением времени рентгеновскими, гамма-лучами и заряженными частицами. Электронно-дырочные (e-h) пары генерируются в области изолятора во время излучения ПИВ. Большинство электронов быстро уносятся из оксида под действием электрического поля из-за большой подвижности электронов. В этом процессе часть электронов будет рекомбинирована с дырками. В то же время дырки также будут относительно медленно переноситься к границе раздела Si / SiO 2 под действием электрического поля.Части дырок захватываются оксидным слоем, образуя чистый положительный улавливающий заряд оксидного слоя [22]. Конечным эффектом является отрицательный дрейф порогового напряжения в n-канальном транзисторе:
ΔVot = -qεoxtox ΔNot
(1)
где ε ox — диэлектрическая проницаемость оксида, t ox — толщина оксидного слоя и ΔN ot — чистая положительная плотность заряда ловушки оксидного слоя.В этой работе модель фиксированного заряда изолятора в Sentaurus TCAD, активированном в оксидном слое, принята для моделирования вышеупомянутого эффекта ПИВ [23].
Эффект TDR возникает в условиях кратковременного воздействия больших доз радиации, например, при ядерных взрывах и солнечных бурях. Излучение TDR выделяет большое количество энергии в полупроводниковом устройстве, генерируя огромное количество пар e-h. Различные источники излучения (гамма-лучи, рентгеновские лучи или электроны) приводят к разным скоростям генерации заряда и рекомбинации [24,25,26].В данной работе основным источником, учитываемым при моделировании излучения, является гамма-излучение, которое также является основным методом оценки TDR-эффекта полупроводниковых устройств и интегральных схем. Модель гамма-излучения в Sentaurus TCAD используется для моделирования эффекта TDR. Генерация пар e-h, вызванная гамма-излучением, зависит от электрического поля ( E ), описываемого следующим образом:
где g 0 — скорость образования пар e-h, D — мощность дозы, а Y ( E ) — функция, связанная с электрическим полем. G r выводится как линейная функция мощности дозы.
Эффект SET относится к генерации большого количества пар e-h вдоль траектории падающих высокоэнергетических частиц, ударяющихся о полупроводниковое устройство. Электроды собирают пары e-h, вызывая мягкие ошибки в схемах и необратимые повреждения в тяжелых случаях [27,28]. Модель тяжелых ионов в Sentaurus TCAD имеет входной параметр линейной передачи энергии (ЛПЭ), который описывает возможность выделения энергии в случае проникновения тяжелых ионов в полупроводник.Скорость образования пар e-h, вызванная падением тяжелых ионов, вычисляется по формуле:
G (l, w, t) = GLET (l) R (w, l) T (t)
(3)
где G LET ( l ) — линейная плотность генерируемой энергии, а R ( w , l ) и T ( t ) — функции, описывающие пространственное и временное вариации скорости генерации соответственно.
Модель гальванического переноса обрабатывает магнитное поле, действующее на полупроводниковый датчик Холла.Модель гальванического переноса основана на общей модели дрейфово-диффузионного переноса, дополненной членами, зависящими от магнитного поля, с учетом силы Лоренца. Следующие уравнения для дырок и электронов определяют его поведение:
Jα → = μαgα → + μα11 + (μα * B) 2 [μα * B → × gα → + μα * B → × (μα * B → × gα →)]
(4)
где α = n или p , gα → — вектор тока без подвижности, μα * — холловская подвижность, B → — вектор магнитного поля, а B — величина вектора B → [ 29].Помимо вышеупомянутых моделей, связанных с излучением и магнитным полем, моделирование TCAD также учитывает многие физические модели, такие как генерация / рекомбинация SRH и ухудшение подвижности из-за высокой концентрации легирования, рассеяния на шероховатой поверхности и сильного насыщения поля. .
3. Результаты экспериментов и обсуждение
В этом разделе при поддержке моделирования TCAD оценивается влияние на характеристики датчика Холла FD-SOI во время и после излучения.По результатам моделирования проанализированы физические процессы радиационного воздействия.
3.1. Эффект TID
Как описано в разделе 2.3, влияние TID на устройство можно сделать эквивалентным, установив фиксированный положительный заряд в оксидном слое. В условиях низкой дозы облучения плотность заряда ловушки (т.е. фиксированная плотность заряда в моделировании) в оксиде, индуцированном радиацией, линейно связана с дозой радиации, а плотность заряда ловушки имеет тенденцию к насыщению при средних и высоких дозах облучения [ 30].Следовательно, разные фиксированные плотности заряда ( Q f ) эквивалентны разным дозам излучения. Кривая передаточной характеристики датчика Холла FD-SOI с различными фиксированными плотностями заряда представлена на рис. Фиксированный индуцированный зарядом ток утечки в закрытом состоянии ( I off , I bias @ V g = 0 V) и ток в открытом состоянии ( I on, I bias @ V g = 3 V) извлекаются и отображаются на вставке.
Результаты моделирования смещения I –V g кривая датчика Холла FD-SOI с изменениями фиксированной плотности заряда ( Q f ) в оксиде. На вставке показано изменение тока утечки ( I на ) и тока включения ( I на ) при фиксированной плотности заряда.
Как показано на, увеличение фиксированной плотности заряда, что означает увеличение излучения ПИВ, вызывает увеличение величины тока утечки в закрытом состоянии.Когда плотность заряда достигает 5 × 10 15 см -2 , ток утечки в закрытом состоянии на четыре порядка выше, чем в случае до излучения, что означает, что датчик теряет емкость обычного переключателя. Кроме того, поскольку фиксированный заряд влияет на пороговое напряжение, ток в открытом состоянии также увеличивается по мере увеличения фиксированной плотности заряда. При изменении Q f от 0 до 1 × 10 16 см −2 , Ion увеличивается с 90.От 2 мкА до 177,5 мкА (увеличение на 96,78%).
Чтобы оценить влияние фиксированного заряда на характеристики датчика, магнитная индукция изменяется от 0 Тл до 1 Тл с В g = 3 В и В смещение = 2 В. показывает, что напряжение Холла увеличивается с увеличением фиксированной плотности заряда. В то же время при вычислении уравнения в абсолютная чувствительность также увеличивается. Абсолютная чувствительность увеличивается с 86,49 мВ / Тл до 111,75 мВ / Тл после добавления фиксированного заряда 10 16 см −2 .Как выражено в уравнении в, напряжение Холла будет увеличиваться с увеличением тока смещения. Ток смещения увеличивается из-за наличия фиксированного заряда в оксидном слое, что приводит к увеличению абсолютной чувствительности.
Напряжение Холла ( В, H ) в зависимости от магнитной индукции ( B ), смоделированное для датчиков с различными фиксированными плотностями заряда ( Q f ) в оксиде. На вставке показано изменение абсолютной чувствительности ( S A ) при фиксированной плотности заряда.
Помимо абсолютной чувствительности, также извлекаются КПД и напряжение смещения, как показано на. Как напряжение Холла, так и ток смещения увеличиваются из-за наличия фиксированного заряда, но скорость роста тока смещения больше, что, следовательно, приводит к снижению эффективности датчика. Эффективность датчика падает с 479,2 В / Вт до 314,7 В / Вт после добавления фиксированного заряда 10 16 см −2 , в то время как напряжение смещения датчика уменьшается с 4.От 45 мВ до 2,1 мВ. Напряжение смещения связано с симметрией, однородностью, сопротивлением и другими факторами датчика [20]. Наличие фиксированного заряда в оксидном слое вызывает изменения электрического поля и даже удельного сопротивления кремниевой пленки, так что напряжение смещения изменяется.
Смоделированный ( a ) коэффициент эффективности ( η ) и ( b ) напряжение смещения ( В смещение ) как функция фиксированной плотности заряда ( Q f ).
3.2. Эффект TDR
Эффект TDR исследует изменения характеристик сенсора в момент переходного излучения, такого как ядерный взрыв. Для моделирования TCAD устанавливается высокая мощность дозы от 5 × 10 8 рад (Si) / с до 5 × 10 12 рад (Si) / с при длительности 20 нс. Между тем, применяется B 2 T вдоль отрицательного направления оси z . Фототоки, индуцированные TDR в выключенном состоянии ( В g = 0 В), обнаруживаются при В смещении = 2 В, как показано на рис.
Переходные токи, индуцированные мощностью дозы (TDR) в датчиках Холла FD-SOI. На вставке показано изменение зарегистрированного максимального тока смещения ( I bias ) в зависимости от мощности дозы.
Как видно из, в момент начала переходного излучения на контакте смещения обнаруживается ток. Это связано с тем, что в момент облучения генерируется большое количество пар e-h, а некоторые пары e-h, которым не хватает времени для рекомбинации, перемещаются под действием электрического поля, создаваемого контактами смещения, с образованием тока.Более того, по мере увеличения мощности дозы обнаруживаемый максимальный ток смещения ( I max ) больше. Когда мощность дозы достигла 5 × 10 1 2 рад (Si) / с, обнаруженное смещение I max даже превысило 0,5 мкА.
. показывает изменение напряжения Холла при облучении при разных мощностях дозы. Поскольку датчик находится в выключенном состоянии, начальное значение напряжения Холла перед облучением представляет собой суперпозицию значения В смещения и напряжения Холла, сформированного I off под B .С одной стороны, когда мощность дозы облучения находится в диапазоне меньших значений (а), напряжение Холла сначала уменьшится, а затем вернется к исходному значению в процессе облучения. В это время минимальное напряжение Холла ( В, H мин. ) будет уменьшаться по мере увеличения мощности дозы. С другой стороны, когда мощность дозы облучения находится в большем диапазоне значений (b), напряжение Холла будет быстро уменьшаться, затем увеличиваться до максимального значения и, наконец, уменьшаться до фиксированного значения.В это время максимальное напряжение Холла ( В, H max, ) будет увеличиваться с увеличением мощности дозы.
Изменения напряжения Холла ( В, H ) во время облучения ( a ) мощность дозы = 5 × 10 8 ~ 1 × 10 11 рад (Si) / с и ( b ) мощность дозы = 5 × 10 11 ~ 5 × 10 12 рад (Si) / с. На вставке ( a ) показано изменение минимального напряжения Холла ( V H min ) в зависимости от мощности дозы.
Из уравнения в, напряжение Холла связано с смещением и магнитной индукцией. изображает изменения напряжения Холла во время облучения мощностью дозы 1 × 10 11 рад (Si) / с при различных напряжениях смещения и магнитных индукциях. Магнитная индукция и напряжение смещения в основном влияют на начальное и минимальное напряжения Холла. Чем больше напряжение смещения и магнитная индукция, тем больше начальное напряжение Холла, что приведет к большему встроенному электрическому полю.Следовательно, большее встроенное электрическое поле создает большее В H min и более высокую скорость, с которой напряжение Холла возвращается к своему исходному значению после облучения.
При облучении мощностью дозы 1 × 10 11 рад (Si) / с изменения напряжения Холла ( В, H ) при различных ( a ) магнитных индукциях ( B ), и ( b ) напряжения смещения ( В, смещение, ).
3.3. Эффект SET
Эффект SET влияет на характеристики датчика после однократного впрыска высокоэнергетических частиц. В моделировании TCAD за время 1,52 мкс тяжелые ионы ударяются в середину сенсора в отрицательном направлении оси z с ЛПЭ в диапазоне от 0 до 100 МэВ · см 2 / мг. Траектории ионов имеют гауссово радиальное распределение с характерным радиусом 20 нм. Датчик в моделировании TCAD смещен в выключенное состояние ( В g = 0 В) с В смещением = 2 В.Между тем, применяется B 2 T вдоль отрицательного направления оси z .
После того, как тяжелые ионы попадают в датчик, вдоль трека частиц образуется большое количество пар e-h, которые собираются контактами смещения для образования переходного тока. Более того, с увеличением LET пиковое значение I смещения ( I bias max ) продолжает увеличиваться, как показано на рис. Это связано с тем, что чем больше LET, тем больше пар e-h генерируется.Таким образом, соответственно увеличивается заряд, собираемый контактами смещения. Более того, из этого можно видеть, что, когда LET ниже 10 МэВ · см 2 / мг, смещение I max увеличивается быстрее с увеличением LET. Затем, после 10 МэВ · см 2 / мг, тенденция к увеличению более мягкая. Посредством подгонки наклон кривых до и после 10 МэВ · см 2 / мг составляет 3,38 мкА / (МэВ · см 2 / мг) и 0,077 мкА / (МэВ · см 2 / мг), соответственно. .
Изменение обнаруженного максимального тока смещения ( I bias ) с линейной передачей энергии (LET). На вставке схематично показано падение тяжелых ионов.
отображает изменения напряжения Холла во времени в различных диапазонах ЛПЭ. Во-первых, когда ионы падают с низкими ЛПЭ (а), напряжение Холла сначала уменьшается, а затем возвращается к исходному значению. Во-вторых, когда ЛПЭ находятся на средних значениях (b), напряжение Холла сначала будет уменьшаться, а затем увеличиваться до максимального значения ( В H max ) и, наконец, уменьшите до фиксированного значения.Можно заметить, что V H max увеличивается с увеличением ЛПЭ и постепенно стремится к насыщению. В-третьих, когда ЛПЭ находятся в более высоком диапазоне, изменение напряжения Холла во время падения тяжелых ионов в основном такое же, то есть оно быстро уменьшается, затем увеличивается до V H max и, наконец, уменьшается до фиксированное значение.
Изменения во времени напряжений Холла ( В, , H , ) с ( a ) низкой, ( b ) средней и ( c ) высокой ЛПЭ.На вставке ( b ) показано изменение максимального напряжения Холла ( В, H макс. ) с LET.
3.4. Резюме и обсуждение
Во время или после облучения заслуживают исследования характеристики датчиков Холла FD-SOI, такие как напряжение Холла, чувствительность, эффективность и напряжение смещения. суммирует влияние трех типов радиационных эффектов на работу датчика FD-SOI.
Таблица 3
Влияние излучения на работу датчика Холла FD-SOI 1 .
| Эффекты | Время | Измененные значения | Влияние на производительность | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Изменение | I смещение | В В | S A | η | V смещение | |||||||||||
| Общая ионизирующая доза (TID) | После облучения | Общая доза | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↓ 96 | 14 ↑ | Переходный процесс В В | |||||||
| кратковременная мощность дозы (TDR) | Во время облучения | Мощность дозы | ↑ | ↑ | ↘↗ | |||||||||||
| единичный переходной процесс (SET) | LET | в основном эффект исследует изменение характеристик сенсора после облучения.После облучения чистый положительный заряд в оксидном слое в основном влияет на ток утечки в закрытом состоянии и ток смещения в открытом состоянии. Поскольку чувствительность и эффективность датчика связаны с током смещения, они также изменятся после облучения. В то же время отверстия, захваченные в оксидном слое, влияют на сопротивление кремниевой пленки датчика, что приводит к снижению напряжения смещения датчика. Эффекты TDR и SET исследуют изменения генерируемого переходного тока и напряжения Холла в датчике выключенного состояния во время облучения.Мощность дозы в моделировании эффекта TDR и LET в моделировании эффекта SET определяют энергию облучения, поступающую на датчик во время процесса облучения. Далее будет проанализирован физический механизм влияния различных уровней энергии излучения на изменение холловского напряжения. Во-первых, под действием напряжения смещения и магнитной индукции генерируется напряжение Холла, а в направлении холловских контактов формируется встроенное электрическое поле, как показано на а. Во-вторых, меньше пар e-h генерируется из-за ядерных взрывов низкой энергии или падения тяжелых ионов.Они будут двигаться под действием встроенного электрического поля, тем самым ослабляя встроенное электрическое поле, что приведет к уменьшению переходного напряжения Холла. Наконец, когда все сгенерированные пары e-h собраны, напряжение Холла возвращается к исходному значению. Иллюстрация физического механизма во время ( a ) низкоэнергетического и ( b ) высокоэнергетического облучения в поперечном сечении X-Y кремниевой пленки. Что касается облучения в случае высокой энергии, как показано на b, пары e-h, генерируемые облучением, все же сначала ослабляют встроенное электрическое поле, поэтому переходное напряжение Холла сначала уменьшается.Во-вторых, из-за высокой энергии излучения образуется масса пар e-h, которые в основном движутся к контактам смещения. При этом электроны и дырки движутся к холловским контактам под действием силы Лоренца. В это время встроенное электрическое поле будет усилено, а переходное напряжение Холла увеличится. Наконец, после завершения облучения достигается новый динамический баланс, а встроенное электрическое поле и напряжение Холла немного больше исходного значения. Следовательно, при разных энергиях облучения два электрических поля (электрическое поле, образованное контактами смещения и встроенное электрическое поле, сформированное контактами Холла), которые определяют движение пар eh, будут определять, как переходное напряжение Холла изменения. 4. ВыводыВ этой работе исследовалось влияние эффектов ионизации облучением (эффекты TID, TDR и SET) на характеристики датчиков Холла FD-SOI. FOM датчиков были оценены с точки зрения напряжения Холла, чувствительности и эффективности с помощью моделирования TCAD на основе Synopsys Sentaurus ® .Кроме того, был проанализирован физический механизм влияния облучения на производительность. Для эффекта ПИВ чувствительность увеличивается, эффективность уменьшается, а напряжение смещения уменьшается из-за захваченных дырок в оксидном слое после облучения. Что касается эффектов TDR и SET, переходные изменения напряжения Холла в закрытом состоянии также различаются из-за ядерного взрыва или падения тяжелых ионов с разными энергиями. В основном это происходит из-за разницы в направлении движения пар e-h, генерируемых при разной энергии облучения под действием электрического поля смещения и встроенного электрического поля. Насколько известно авторам, эти результаты впервые всесторонне обобщили отклик датчиков Холла FD-SOI с точки зрения эффекта ионизации облучением. Эти результаты обеспечивают глубокое понимание конструкции, обработки и тестирования датчиков Холла FD-SOI, используемых в радиационной среде. Приложение AВ этом приложении кратко резюмируется предыдущая работа [8], и основное внимание уделяется выбору оптимальной конструкции датчика. По сравнению с объемной структурой характеристики датчиков Холла FD-SOI (такие как чувствительность и эффективность) улучшены из-за его малой толщины и низкой концентрации легирования. Если должна быть получена структура FD-SOI, толщина кремниевой пленки должна быть менее чем в два раза больше толщины максимального обедненного слоя ( X dmax ) под оксидом затвора. X dmax определяется следующим образом: где N A — концентрация легирования кремниевой пленки, ε si — диэлектрическая проницаемость кремния и φ F — потенциал Ферми.Следовательно, толщина кремниевой пленки 50 нм соответствует концентрации легирования 10 16 см −3 , что может привести к тому, что датчик достигнет FD-состояния. Помимо FD-состояния, другие конструктивные особенности также играют важную роль в улучшении характеристик датчика. Квадратные датчики с высокой симметрией демонстрируют лучшую эффективность, что является лучшим компромиссом между чувствительностью и потребляемой мощностью. Меньшая длина (1 мкм) холловских контактов и ширина 0. | ||||||||||||||