Sensor Hall Digital: Penjelasan Switch Unipolar, Omnipolar, Bipolar, dan Latch

Memahami Switch dan Latch Hall-Effect: Polaritas, Histeresis, dan Aplikasi Praktis

Perangkat Hall-effect adalah komparator medan magnetik presisi. Mereka mengevaluasi kepadatan fluks magnetik—sering disebut B-field—terhadap ambang batas yang telah ditetapkan dan mengeluarkan hasil biner. Empat kategori utama sensor Hall digital (on/off) adalah switch unipolar, switch bipolar, switch omnipolar, dan latch.

Sebelum menyelami fungsi transfer setiap tipe, penting untuk menjelaskan konsep polaritas B-field—tema yang muncul kembali sepanjang diskusi kami.

Menentukan Polaritas B-Field

Sensor Hall secara inherit berarah; ia hanya merasakan komponen kepadatan fluks magnetik yang selaras dengan sumbu sensitivitasnya. Gambar 1 mengilustrasikan sumbu sensitivitas dari dua paket sensor umum.

Gambar 1. Dengan izin Texas Instruments.

Jika medan magnetik yang diterapkan menghasilkan komponen di sepanjang sumbu sensitivitas, B-field dianggap positif. Sebaliknya, komponen yang berlawanan dengan sumbu adalah negatif. Gambar 2 menunjukkan skenario di mana sensor di lokasi A mengalami B-field negatif.

Gambar 2.

Asumsikan sumbu sensitivitas sensor selaras dengan z-axis, garis medan magnetik dari magnet—berasal dari kutub utara dan berakhir di kutub selatan—menciptakan B-field negatif di sensor. Banyak produsen mengadopsi konvensi: kutub selatan yang menghadap muka branded (depan) sensor menghasilkan B-field positif, sementara kutub utara menghasilkan B-field negatif. Konvensi ini hanya berlaku ketika kutub magnet menghadap sisi branded; membalik orientasi membatalkannya.

Sebagian besar perangkat Hall satu dimensi, merasakan sepanjang satu sumbu, tetapi IC multi-elemen dapat memberikan sensitivitas tiga sumbu.

Switch Unipolar

Gambar 3 menggambarkan operasi switch unipolar.

Gambar 3.

Ambang batasnya—B_OP (titik operasi) dan B_RP (titik rilis)—terletak secara eksklusif di daerah B-field positif. Sensor merespons hanya terhadap medan kutub selatan (positif); medan kutub utara (negatif) tidak memiliki efek, sehingga istilah “unipolar.”

Saat medan kutub utara diterapkan dan kekuatan medan meningkat ke arah positif, sensor tetap mati (logika tinggi) hingga B yang diterapkan melebihi B_OP. Pada saat itu, output berbalik ke logika rendah. Jika medan kemudian menurun, sensor tetap menyala hingga B jatuh di bawah B_RP, pada titik itu ia kembali ke logika tinggi. Ambang batas asimetris ini memperkenalkan histeresis, mencegah fluktuasi output cepat yang disebabkan oleh getaran mekanis atau bising elektromagnetik, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 4.

Gambar 4. Tanpa histeresis, output dapat tidak ditentukan di sekitar ambang batas.

Lebar histeresis didefinisikan sebagai B_HYS = B_OP – B_RP. Bergantung pada sirkuit internal sensor, status logika output mungkin terbalik, tetapi perilaku switching tetap sama.

Switch Omnipolar

Switch omnipolar aktif ketika magnitude medan magnetik melebihi ambang batas, terlepas dari polaritas. Gambar 5 menunjukkan fungsi transfer.

Gambar 5.

Saat |B| > B_OP, sensor menyala (logika rendah). Saat |B| < B_RP, sensor mati (logika tinggi). Ambang batas B_OP dan B_RP yang sama berlaku untuk medan positif dan negatif, memberikan operasi simetris.

Latch Hall-Effect

Gambar 6 mengilustrasikan perilaku latch.

Gambar 6.

Latch memiliki B_OP positif dan B_RP negatif. Ia menyala saat B > B_OP dan mati saat B < B_RP. Di antara ambang batas ini—yaitu, daerah histeresis yang mencakup B_RP hingga B_OP—output tetap tidak berubah, bahkan jika medan melewati nol. Akibatnya, latch “menahan” statusnya hingga medan dengan polaritas berlawanan dan magnitudo yang cukup diterapkan.

Karena latch merasakan magnitude dan polaritas B-field, ia ideal untuk aplikasi rotary di mana polaritas magnet cincin bergantian, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 7.

Gambar 7. Dengan izin Allegro.

Untuk latch, titik operasi dan rilis sama magnitudo tetapi berlawanan tanda (B_OP ≠ –B_RP).

Switch Bipolar

Switch bipolar menyediakan B_OP maksimum dan B_RP minimum, tetapi nilai ambang batas yang tepat dapat bervariasi dari satu unit ke unit lainnya. Gambar 8 menyajikan tiga respons sampel dari satu lot manufaktur.

Gambar 8. Dengan izin Honeywell.

Device 1 dan Device 3 keduanya memiliki ambang batas dengan polaritas yang sama (keduanya negatif atau keduanya positif), sedangkan Device 2 menunjukkan respons seperti latch dengan B_OP positif dan B_RP negatif. Menurut catatan “Bipolar Switch Hall-Effect IC Basics” Allegro, hanya sekitar 10 % switch bipolar mirip dengan Devices 1 atau 3; mayoritas menunjukkan perilaku tipe latch.

Sementara switch bipolar dapat menawarkan lebar band histeresis yang lebih sempit (B_HYS = B_OP – B_RP) dan sensitivitas yang lebih tinggi daripada latch, variabilitas unit-ke-unit memerlukan desain yang cermat untuk memastikan operasi yang kuat di seluruh rentang ambang batas yang ditentukan.

Untuk cakupan yang lebih mendalam, jelajahi koleksi lengkap artikel teknis kami.