Реле направления мощности на основе датчиков Холла предназначаются в основном для защиты линий передач от коротких замыканий на землю [Л. 471, 552].

20-2. КОМПЕНСАТОРЫ

Дибель [Л. 108] использовал умножитель на основе датчиков Холла для создания компенсирующей схемы, показанной на рис. 20-2.

Из этого рисунка видно, что напряжение Холла является компенсирующим напряжением U, которое подключено последовательно с измеряемым напряжением Um на вход усилителя У. При помощи вспомогательного

и„ I

Рис. 20-2. Схема компенсатора на датчиках Холла.

напряжения Ua датчик Холла питается управляющим током Ix, который находится в фазе с напряжением Um-Напряжение U пропорционально магнитному полю .катушки L, а следовательно, и выходному току усилителя /у.

20-3. КОМПАРАТОР

На рис. 20-3 показана принципиальная схема компаратора на основе датчика Холла для сравнения эффективного значения переменного тока с постоянным током / .

Рис. 20-3. Схема компаратора на датчиках Холла.

Напряжения Ui и U сравниваются. Когда отклонение указателя равновесия или гальванометра G будет равно нулю, тогда Ui = Uz, и получим:

т. е. значение постоянного тока равно эффективному значению переменного тока.

20-4. ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ ВЕКТОРОВ

В работе [Л. 417] сообщается о разработке перемножителя векторных величин на основе датчика Холла. На рис. 20-4,а изображена схематически представленная структура такого умножителя.

Датчик Холла специальной конструкции в виде квадрата с четырьмя токовыми электродами I, 2, 3 н 4 п двумя электродами напряжения 5 и 6 (электрода 6 не видно) помещен в зазоре элек-

Рис. 20-4. Устройство перемножителя векторов.

тромагнита с четырьмя полюсами /, , / и IV. Управляющие токи, протекающие через электроды 1, 2 к 3, 4, сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°, так же как и магнитные поля, создаваемые парами полюсных наконечников /, и /, IV. Этим способом можно создать вращающиеся векторы управляющего тока А и магнитного поля В (рис. 20-4,6). Тогда вектОр напряжения Холла, обозначенный С, будет равен:

С=1АВ],

а при умножении скаляров

С=АВ sine

Векторный перемножитель может служить для создания простого преобразователя частоты.

Если вектор А будет вращаться с угловой скоростью Ша, а вектор В -со скоростью шь, тогда С=Лб sin (соь-Ша).

20-5. ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ

Болотов и Калюжный {Л. 560] запатентовали делитель частоты импульсов на основе датчиков Холла.

Делитель (рис. 20-5) состоит из магнитного тороидального сердечника / с прямоугольной петлей гистерезиса, в зазоре которого

Рис. 20-5. Схема делителя частоты.

находится датчик Холла 2. Обмотка 3 обратной связи подсоединена параллельно выходным зажимам 4, 5 датчика Холла и конденсатору 6, время зарядки и разрядки которого значительно меньше периода повторения импульсов на входе делителя.

Исходное положение получается после пропускания через намагничивающую обмотку 7 импульса тока, например, положительной полярности. Тогда сердечник / намагничивается в направлении, обозначенном сплошной стрелкой (рис. 20-5), а на выход.е появится дополнительный импульс напряжения, полярность которого определяется направлением остаточной индукции элемента памяти. Следует зарядка конденсатора. В момент исчезновения импульса тока конденсатор разряжается через обмотку обратной связи, перемагничивает сердечник в направлении пунктирной стрелки. При пропускании следующего положительного импульса тока весь процесс повторяется, но на выходных зажимах 4, 5 появляется отрицательный импульс напряжения.

В результате на выходе схемы частота повторения положительных импульсов напряжения в 2 раза меньше частоты повторения положительных импульсов тока на входе. Положительные импульсы можно выделить при помощи диода 8.

Соединяя схемы последовательно можно получить 2"-кратный делитель частоты импульсов, где п - число каскадов.

20-6. ВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ МАГНИТОФОННЫЕ ГОЛОВКИ

Если датчик Холла поместить в зазор между двумя ферромагнитными пластинами, через которые будут замыкаться линии маг-нитного поля, созданного намагничиванием части магнитофонной ленты, то получим воспроизводящую магнитофонную головку на основе датчика Холла. В сравнении с индукционными головка.ми головки на основе датчиков Холла [Л. 72, 266, 358, 565] имеют следующие достоинства:

а) выходное напряжение не зависит от скорости движения ленты и пропорционально амплитуде, а не производной амплитуды магнитного сигнала;

б) выходное напряжение не зависит от ширины сердечника, благодаря чему облегчается мпогодорожечиая запись:

в) выходное напряжение зависит от направления поля звуконосителя;

г) сигнал на выходе датчика Холла точно повторяет сигнал, записанный на ленте, и не зависит от его частоты до 100 кгц и выше;

д) может воспроизводиться постоянная составляющая;

е) предъявляются значительно меньшие требования к экранированию;

ж) ввиду того что датчик Холла является чисто резистивным элементом, появляется возможность простого согласования с транзисторными схемами;

з) исключается возможность случайного стирания записи или намагничивания носителя.

Указанные достоинства головок на основе датчиков Холла значительно расширяют область использования магнитной записи, в особенности в интервале низких частот, а именно от долей герца до 100 гц при скоростях носителя до 4-5 см/сек, т. е. в тех случаях, когда нельзя применять индукционные головки, как, например, в схемах автоматики и телемеханики для воспроизведения импульсов с минимальной частотой и без фазовых искажений, в геологии для воспроизведеняя процессов, изменяющихся с очень малой частотой, в медицине и биологии для исследования процессов, связанных с работой мозга и сердца.

Главным недостатко-м головок на основе датчиков Холла является относительно малая чувствительность, которую можно увеличить, уменьшая зазор я применяя более тонкие датчики Холла. С этой же целью используют датчики Холла, выполненные из материалов с большим коэффициентом Холла, а также носители магнитной записи с большим значением остаточной индукции.

Фирма «Сименс» производит два типа магнитофонных головок: SBV535 и SBV536 (см. каталог в конце книги).

20-7. ГАЛЬВАНОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Богомолов {Л. 548] запатентовал гальванометрический усилитель на основе датчика Холла. В поле постоянного магнита на общей подвеске с катушкой помещен датчик Холла. Когда через катушку гальванометра не течет ток, плоскость датчика Холла параллельна линиям сил поля магнита и напряжение Холла равно нулю.

С момента появления тока в катушке она отклоняется на угол а, а на выходе датчика Холла возбуждается напряжение, пропорциональное синусу угла а (если угол отклЪнения мал, можно утверждать, что напряжение Холла будет с достаточной точностью пропорционально углу а).

Этот способ позволяет увеличить чувствительность измерений.

20-8. ДАТЧИКИ ХОЛЛА В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Датчики Холла нашли уже применение во многих схемах и приборах регулирования.

К наиболее интересным следует отнести области применения, опирающиеся на бесконтактное преобразование сигналов, возникающих от присутствия ферромагнитных элементов, с помогцью индикаторов на основе датчиков Холла фирмы «Сименс» (тип SBV540), в которых датчик Холла находится в зазоре магнитной цепи с постоянным магнитом. Появление ферромагнитного элемента, подлежащего наблюдению, вблизи индикатора вызывает изменение индукции в зазоре индикатора, а тем самым изменение выходного сигнала датчика Холла.

Такие индикаторы, всесторонне описанные в [Л. 59, 117, 296], используются, в частности, для автоматизации транспорта в шахтах и для управления процессом производства кузовов автомобилей {Л, 276], для управления контейнерами пневматической почты в разветвленных подземных почтовых сетях 1[Л. 299] и т. д.

Индикаторы SBV540 имеют пленочные датчики Холла из InSb толшиной 3-5 мкм при немного большей ширине рабочего зазора. Они использованы также для создания импульсных генераторов [Л. 276], источником импульсов в которых является маленький ферритовый магнит, размещенный по окружности вращающегося диска; индикатор находится тут же у поверхности диска на уровне магнита. Благодаря минимальным размерам датчика Холла удалось иа диске диаметром около 10 см поместить 100 магнитов. Такого вида генератор импульсов можно применять для цифрового регулирования процессов движения.

Очень большое значение играют в автоматике магнитофонные головки, позволяющие статическую расшифровку магнитной записи.

Сельсины на датчиках Холла {Л. 110, 178, 395] также позволяют расширить круг применений датчика Холла в схемах автоматического регулирования и телемеханики.

Кроме того, необходимо вспомнить об уже упоминавшихся схемах регулирования вращающего момента электрических машин, регулирования частоты [Л. 224], автоматических компенсаторах и компараторах, в которых датчик Холла служит преобразователем постоянного тока в переменный или источником компенсирующего напряжения.

Шауфлер (Л. 420] использовал датчик Холла для исследования отклонения между ожидаемым и действительным значениями в регулирующих схемах.

По-видимому, вышеуказанные области применения датчиков Холла в схемах автоматического регулирования являются только первыми показателями их возможности, так что следует ожидать быстрого и всестороннего развития этих областей.

Глава двадцать первая

ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ

Первое упоминание о практическом использовании явления Гаусса относится к 1887 г., когда Ледюк предложил использовать это явление для измерения магнитной индукции, а Ленард и Хоувард [Л. 293] в 1888 г. использовали для этой цели висмутовую проволоку в виде бифилярно навитой спирали Архимеда.

Висмутовая спираль была в течение нескольких десятков лет одним из немногочисленных видов приборов для измерения (магнитного поля и единственным техническим использованием явления Гаусса. Несколько лет спустя, в связи с развитием новых измерительных мето-294

дов, висмутовая спираль стала прибором скорее исторического значения, хотя еще в 50-х годах ей было посвящено несколько работ {Л. 109, 624, 641].

В последние годы явление магнитосопротивления стало опять привлекать к себе внимание. Новые, с большими значениями подвижности носителей тока материалы, такие как InAs и InSb, позволили значительно расширить диапазон применения магниторезисторов. Это объясняется тем, что магниторезистор представляет собой резистор, активное сопротивление которого легко управляется сигналом, гальванически не связанным с этим резистором.

Работы Суня [Л. 460, 461] открывают новые перспективы применения магниторезисторов. Как известно, при магнитной индукции до 3-5 кгс зависимость изменения активного сопротивления магниторезисторов от индукции имеет вид:

(21-1)

где i?B -значение активного сопротивления при индукции В, /?о -значение активного сопротивления яри индукции В=0, ai - коэффициент пропорциональности. После преобразования получаем:

(21-10

RB=Ro{\+aiB2),

Яв=Яо-\-ЯоаВ.

(21-1")

Так как /?о = const, можно написать, что /?oai = a = =const и получаем:

Нв=Яо+аВК (21-1")

При больших индукциях зависимость становится линейной, а именно

RB = biB.

(21-2)

Квадратичная зависимость (21-1) создает в некоторых применениях большие затруднения, особенно в схемах, использующих умножающие свойства магниторезисторов. Поэтому используют поле предварительного смещения, помещая магниторезисторы в постоянное магнитное поле с индукцией 3-5 кгс. Это можно сделать