Простейшее устройство с датчиком Холла, описываемое в статье, предназначено для регистрации присутствия постоянного либо переменного магнитного поля. Для выполнения устройства было употреблено немного компонентов, причем они дешевы и не дефицитны.
Самодельный прибор с датчиком Холла
Принципиальная схема дана на рис. 1. Устройство подключают к источнику питания с напряжением от 12 В до 20 В; оно потребляет постоянный ток в 23 мА. Чертежи миниатюрной печатной платы из односторонне фольгированного стеклотекстолита и размещения компонентов на ней изображены на рис. 2. Шаг координатной сетки – 5 мм. Фотография устройства показана на рис. 3.
В зависимости от того, каким полюсом был поднесен постоянный магнит к рабочей зоне датчика Холла, начнет светиться соответствующий светодиод – HL1 или HL2. Таким образом, можно идентифицировать северный и южный полюсы магнита. Если отстранить магнит от датчика Холла, то излучать не будут оба светодиода.
Поместим датчик Холла VB1 между северным и южным полюсами магнита, например, подковообразной формы. Если теперь начать плавно смещать датчик, расположенный вблизи одного из полюсов, в сторону другого полюса, то можно увидеть, как сначала уменьшается свечение одного из светодиодов устройства, затем он гаснет, и не горят оба светодиода, а после начинает излучать другой светодиод.
Частота переменного магнитного поля, на которой может успешно функционировать наше устройство при использовании датчика ДХК-0,5, составляет несколько десятков килогерц.
Постоянный резистор R1 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор напряжения. Он нужен для того, чтобы, несмотря на возможные флюктуации напряжения источника питания, протекающий по резистору R2 ток управления датчиком был практически неизменным. О датчиках Холла можно прочитать в учебном пособии [1, с. 53-55].
Наибольшая величина ЭДС Холла на выходе нашего датчика довольно мала для непосредственного использования, и ее вначале нужно увеличить, для чего применен двухкаскадный дифференциальный усилитель с непосредственными связями. Достоинством дифференциальных усилителей выступает малый дрейф нуля [1, с. 299]. Для балансировки плеч каскадов используют подстроечные резисторы R6 и R10, включенные в эмиттерные цепи транзисторов.
Теперь затронем тему замен некоторых компонентов. Стабилитрон VD1 марки Д814А можно поменять на BZX55C-8V2, BZV55C-8V2, 1 N4738A, BZX85C-8V2 или ZY8.2. Все постоянные резисторы могут быть взяты любые малогабаритные. Годятся резисторы МЛТ, С2-23, Р1-4 и прочие. Маломощные биполярные n-p-n транзисторы VT1 …VT4 марки КТ3102ГМ допустимо заменить на КТ315Б, КТ315Г, КТ3117А, а также на иные транзисторы серии КТ3102.
Займемся настройкой и регулировкой нашего устройства. На-стройка не проста и требует одновременной корректировки сопротивлений резисторов R6, R7 и R10. Для начала нужно сбалансировать дифференциальные каскады. Для этого между коллекторами транзисторов каждого каскада включают милливольтметр и регулировкой сопротивления соответствующего подстроечного резистора, включенного к эмиттерную цепь транзисторов, добиваются нулевых показаний прибора.
Подстройку сопротивлений резисторов R6 и R10 во время налаживания, скорее всего, придется проводить как минимум несколько раз. Если временно отсоединить резисторы R3 и R4 от датчика Холла и по очереди прикоснуться пальцами между выводами баз транзисторов VT1, VT2 и катодом стабилитрона VD1, то должны загораться соответствующие светодиоды. В случае отсутствия такой реакции может быть целесообразным подбор в небольших пределах (ориентировочно от 820 Ом до 1,8 кОм) сопротивления резистора R7.
Следует проверить падения постоянных напряжений на компонентах устройства. На стабилитроне VD1 должно присутствовать напряжение примерно 8,1…8,3 В; между токовыми выводами датчика Холла оно должно составлять 6,0 В; между каждым из холловских выходов и общим проводом должно падать 2,65 В. Если к кремниевому датчику VB1 марки ДХК-0,5 поднести магнит, то он способен развить наибольшее напряжение ЭДС Холла в 14,5 мВ.
А если магнит отдалить, то напряжение между выходами должно быть близко к нулю, или, в зависимости от экземпляра компонента, может составлять от -9 мВ до +9 мВ. Далее производим измерения ЭМП между общим проводом и определенным компонентом.
Пока к датчику Холла не поднесен магнит, на каждом из резисторов R5 и R8 падает по 5,64 В; на каждом из резисторов R9 и R12 – по 4,93 В; на резисторе R7 – 1,97 В; а на резисторе R11 – 1,55 В. Между коллекторами транзисторов VT1 и VT2, а также между коллекторами транзисторов VT3 и VT4 может присутствовать небольшое постоянное напряжение в пределах от -40 мВ до +40 мВ.
