Mas o que é o sensor de efeito Hall? Este sensor é um transdutor que varia sua tensão de saída em resposta a um campo magnético1. Assim, este sensor encontra grande aplicação em vários projetos. Por exemplo, um condutor percorrido por uma corrente gera um campo magnético proporcional a esta corrente. O sensor de efeito Hall pode então, sem interromper o circuito, ser usado para medir a corrente neste condutor.
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| Gráfico real da função Hall |
Mas esta não é a única aplicação deste sensor. Ele pode gerar uma saída digital, agindo como chave. Assim, em conjunto com um ímã, ele poderá substituir qualquer sensor de contato e operar na detecção de portas abertas, por exemplo. No entanto, a aplicação mais notável deste sensor é na medição da velocidade de rotação de motores. Neste caso, o ímã pode ser preso no eixo do motor, e o sensor de efeito Hall seria usado para gerar um sinal digital equivalente à frequência de rotação do motor.
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| Sensor de efeito hall sendo utilizado como sinal digital equivalente frequência do motor. |
Sensor de efeito Hall unipolar: Este tipo de sensor reage a um campo magnético positivo, ou seja, apenas quando o pólo positivo do ímã se aproximar do sensor, é que ele irá conduzir. Enquanto o ímã estiver próximo do sensor, ele continuará conduzindo, só deixando de fazê-lo, quando o ímã for afastado.
Sensor de efeito Hall bipolar: Reage a qualquer tipo de campo magnético, mantendo sua saída acionada na presença de um pólo sul magnético, sendo desligado na presença de um pólo norte magnético. Ele é usado em aplicações onde os pólos sul e norte de ímãs se encontram muito próximos, como em um anel de ímãs em motores.
Sensor de efeito Hall omnipolar: Também detecta qualquer tipo de campo magnético, mas trabalha basicamente como o sensor unipolar: quando há a presença de ímãs, ele é acionado, mas na sua retirada ele desaciona. Este sensor simplifica a montagem do projeto, já que não é necessário se conhecer o pólo do ímã que ficará voltado para o sensor.
Latch de efeito Hall: Na presença de um ímã, aciona sua entrada, e a mantém acionada até que o ímã se aproxime novamente do sensor.
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| Sensor Hall |
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| Sensor Hall |
Efeito Hall
Mas o que é o efeito Hall, e como ele é usado para se medir o campo magnético? Este efeito é muito simples, na verdade. A figura abaixo ilustra seu funcionamento:
Aqui, temos uma área condutora percorrida por uma corrente I. Medindo-se a tensão entre as duas laterais desta área, obteremos uma leitura de 0V. No entanto, ao aplicarmos um campo magnético Bz sobre esta área, perceberemos o surgimento de uma pequena diferença de potencial entre estes dois pontos. Isto acontece por que os elétrons percorrendo esta área são sujeitos à uma força (chamada força de Lorentz) que os move para um dos lados do condutor, como é ilustrado na figura acima.
Para entendermos melhor como operam os sensores de efeito Hall, devemos entender sobre as especificações destes sensores:
Bop: Ponto de operação magnético; é o nível de campo magnético a partir do qual um dispositivo Hall liga. O estado resultante do dispositivo depende do design individual do dispositivo eletrônico.
Brp: Ponto de liberação magnética; é o nível de campo magnético a partir do qual um dispositivo Hall desliga (ou para alguns dispositivos Hall, o nível crescente de campo negativo dado um positivo Bop). O estado resultante da saída do dispositivo depende do design individual do dispositivo eletrônico.
Bhys: Histerese magnética. A função de transferência de um dispositivo Hall é desenhado com este offset entre os pontos de chaveamento para filtrar pequenas flutuações no campo magnético que poderiam resultar de vibrações mecânicas ou ruído eletromagnético na aplicação. BHYS = | BOP − BRP |.
Definido estes parâmetros, podemos explicar agora como cada tipo de sensor opera.
Chave de efeito Hall unipolar
Este tipo de sensor possui uma característica apresentada na figura abaixo2:
Como podemos ver, quando o fluxo magnético atinge o valot Bop, sua saída em Volts é alterada. Observe que acima temos dois tipos de sensores: aqueles que mudam para nível lógico alto e aqueles que mudam para nível lógico baixo. Quando o valor de fluxo magnético cai pra Brp, o valor da saída volta para o estado inicial.
Chave de efeito Hall bipolar
Abaixo temos o funcionamento da chave de efeito Hall bipolar3:
Este é um gráfico da variação de campo magnético no sensor. Observe que várias larguras de pulso podem ser obtidos variando-se os parâmetros listados acima. Com este sensor, pode-se gerar um sinal com mesma frequência da variação de campo magnético no sensor.
Chave de efeito Hall omnipolar
O funcionamento deste tipo de sensor pode ser demonstrado através do gráfico abaixo:
Aqui nós podemos ver que o gráfico é parecido com o sensor unipolar, porém agora temos o lado negativo do gráfico. A linha vermelha apresenta um campo magnético crescente, que quando atinge o Brp do pólo magnético norte, desaciona o sensor. Este volta a ser acionado quando o Bop de pólo sul magnético é atingido. O mesmo pode ser obtido em sentido contrário.
Circuito
O circuito de ligação de um sensor Hall pode ser visto abaixo:
Geralmente o sensor possui três pinos: VCC, GND e saída. Como podemos ver acima, a saída geralmente é coletor-aberto, e precisa de um resistor de pull-up. A Alegro nos avisa que o valor de resistência de pull-up varia entre 1 e 10 kΩ. O valor mínimo de resistência ali é função da corrente máxima de saída do sensor, e pode ser calculado pela fórmula:
Vcc
_______
Is max
Isto significa que para uma corrente máxima de 20mA e uma tensão de 5V, teremos uma resistência mínima de 250Ω.
Em aplicações onde o consumo é prioridade, pode-se elevar o valor de resistência. No entanto deve-se observar que isto poderá induzir correntes de fuga para o terra, que ocorrem no condutor entre o resistor de pull-up e a saída do sensor. Estas correntes poderiam ser altas o suficiente para diminuir o valor de saída do sinal do sensor.
otimo componente...
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