霍尔取样在短波发射机中的应用

2022-11-11李金彤

无线互联科技 2022年16期

关键词：灯丝偏置霍尔

李金彤

(国家广播电视总局七二三台，河北石家庄 050408)

0 引言

在改造短波发射机的自动化控制过程中，自动调谐技术是自动化控制的核心部分，而自动调谐的控制离不开高前屏流、高末栅流、高末帘栅流、高末屏流等一系列模拟量的取样值。因此，这就要求设计的模拟量取样电路具有精度高、速度快、抗干扰等优点。

1 霍尔效应与霍尔传感器

1.1 霍尔效应

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发现的。霍尔效应的原理是将1个半导体垂直放在磁场中，给其通电，导体在垂直于电场和磁场的方向产生一个新的电场，他的大小正好可以使载流子平衡洛伦兹力，继而产生一个电动势，这就是霍尔电动势[1]。他需要的磁场以及电场不必是变化的，产生的电动势也不是变化的，这样就可以测量直流电的参数，这点很重要。传统的电磁感应只能是变化的电磁场，也即只能测量交流电。

1.2 霍尔传感器原理

由霍尔效应的原理得知，霍尔电势的大小取决于霍尔常数，它与半导体材质有关；I为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度，如图1所示。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流I固定时，UH将完全取决于被测的磁场强度B[2]。

图1 霍尔传感器结构模型

一个霍尔元件一般有4个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流I的输入端，另外两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般来说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的镀膜合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05 T左右出现饱和，仅适用于低量限、小量程。

在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。

1.3 霍尔取样模块

随着现代材料加工工艺的进步，霍尔传感器可以做得很小，他的内部包含高强度的恒定磁体，而外部的控制电路则是功率要求很小的比例放大电路。

本文以CHB-20/SP系列模块为例介绍，霍尔取样模块的电路模型如图2所示，其中1为电源负，2为接地端，3为电源正，4为模拟量输出端，5为输入正(IN+)，6为输入负(IN-)。

图2 霍尔模块电路连接

2 取样板的设计

本设计中需要对发射机的末前阴流、高前灯丝电流、高末灯丝电流、高末屏压、高前屏压等等参数取样，这些电流或电压的值不同，所需要的霍尔传感器型号也不同，以高末灯丝电流为例，正常工作电流值为交流300 A，可以得知，使用功率较大型号的霍尔传感器，耐压高、电流大的霍尔传感器体积也会随之增大，因此设计取样电路时，经过计算高末灯丝变压器初级与次级的电流相差很大。如果忽略掉变压器的效率可以认为变压器的输入功率等于输出功率，得到U1×I1=U2×I2，230 V×I1=10 V×300 A得到输入电流为13 A左右，所以把取样电路设计到变压器的初级大大降低了成本，提高了安全性。

其中IN1和IN2外接灯丝变压器初级电流，霍尔模块取得灯丝电流值后，以引脚2和引脚4输出给放大处理电路，具体处理过程如图3所示。使用了多个比例放大器，可调电阻，固定电阻，拨码开关等等。在电路图的最左边是霍尔传感器，其5-6脚接待测电压或电流，1-3脚分别接-12 V和+12 V电源，4脚输出测量值，在此以测量电流I1为例。I1经过霍尔传感器后，经引脚4输出I2，I2首先经过D1和C5组成的滤波整流电路，消除电流信号中的毛刺，然后进入单刀双掷开关K1。当K1的公共端链接其3-5脚时，能够对后面的放大电路起到调零作用，在电路加电后要对放大电路调零。而当K1的公共端链接其4-6脚时，可以对输入信号进行比例放大，调零完成后，即可把K1拨到4-6脚开始放大工作。