Датчик холла в ноутбуке зачем
Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами — это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.
Интересно, что датчик Холла есть во многих современных смартфонах (пусть и упрощенный его вариант). Он может определять наличие магнитного поля и работает вместе с магнитным сенсором, который отвечает за работу компаса. Также датчик Холла используется в телефонах, для которых которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — Smart Case. Сенсор определяет, открыта или закрыта крышка чехла, и автоматически включает/отключает дисплей. Чтобы узнать, какие датчики есть в смартфоне, используйте эту инструкцию.
Как проверить датчик Холла
Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:
Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую — минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.
Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.
Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания — на первый.
У меня под рукой оказался вот такой магнитик:
Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно — я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.
Как только я поднес магнит «красным» полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.
Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!
Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.
А вот и видео работы
Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть — единичка, сигнала нет — ноль. То есть светодиод горит — единичка, светодиод потух — ноль.
Применение датчиков Холла
В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:
Применение цифровых датчиков
- датчики частоты вращения
- устройства синхронизации
- датчики систем зажигания автомобилей
- датчики положения
- счетчики импульсов
- датчики положения клапанов
- блокировка дверей
- измерители расхода
- бесконтактные реле
- детекторы приближения
- датчики бумаги (в принтерах)
Эффект Холла
Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.
Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C! Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла.
Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:
Supply Voltage — напряжение питания датчика
Voltage Regulator — регулятор напряжения
Hall Sensor — собственно сама пластинка Холла
Output transisitor Switch — выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)
Датчик Холла в смартфоне: что это такое и для чего
Плата с ДХ расположена в передней части, за экраном. Чем больше размер дисплея, тем больше возможностей холловского сенсора может быть использовано. Перечислим функции, которые появились в смартфонах благодаря наличию ДХ:
- Чехлы-книжки со встроенными небольшими магнитиками управляют включением-выключением экрана. При открывании чехла напряжение на сенсоре падает до нуля, и с электронной платы поступает сигнал на включение дисплея. При закрывании обложки на ДХ появляется напряжение, что приводит к отключению экрана. Кроме исключения ряда ручных манипуляций, эта функция экономит заряд аккумулятора.
- С помощью ДХ осуществляется функция автоповорота экрана.
- Чувствительность ДХ к магнитному полю позволила реализовать функцию электронного компаса. Скачав на Google Play или AppStore соответствующее приложение (Компас 360, Smart Kompass, Digital Compass), можно будет уверенно определять направление на север, азимут и угол наклона телефона.
А как это было раньше
Сейчас мы не видим ни магнит, ни датчик, они надёжно запрятаны в корпус. Найти их конечно можно:
- датчик увидит небольшой магнитик, который в нужный момент усыпит лэптоп;
- магнит находит иголка, проводимая с внутренней стороны крышки.
Раньше стояла кнопка – механический контакт, который размыкался при нажатии и гасил экран. На просторах интернета уже практически не осталось фотографий, но одну показательную я нашла:
Такая технология давно устарела.
Итак, ноутбук засыпает благодаря датчику Холла и магниту. Простая схема работает безотказно! Достаточно закрыть крышку и уйти по своим делам, а потом вернуться и быстро запустить все необходимые программы.
В начинке смартфонов имеются различные датчики (сенсоры), которые расширяют функциональные возможности мобильных устройств. В качестве примеров можно привести некоторые популярные сенсоры: реагирующие на положение в пространстве (акселерометр, гироскоп, GPS), термодатчик, пульсометр, гигрометр. Ниже описан датчик Холла, установленный в смартфоне, рассказано, что это за устройство и для чего оно нужно в мобильном устройстве.
Как работает датчик холла
Датчик Холла, или датчик положения, – это считыватель напряжения магнитного поля. Работа основана на эффекте Холла, связанном с разностью потенциалов на проводнике, когда тот попадает в сферу влияния магнита.
У него есть три вывода:
- «земля»;
- питание на 3 вольта;
- сигнал.
Фото взято для примера, деталь может выглядеть немного по-другому:
В крышке ноутбука находится магнит. При закрытии крышки датчик попадает в магнитное поле. Посылается сигнал на выключение.
Как крышка ноутбука ставит его на сон
Компьютеру тоже нужно отдых! Хотя бы иногда. Если пользователь не менял настройки, то ноутбук уснёт в течение нескольких секунд после закрытия крышки.
Секрет «успокоительного средства» в датчике Холла. Это небольшая микросхема, которая отвечает за действия лэптопа при открытой и закрытой крышке. Датчик внимательно следит за положением частей электронного тела, подавая сигналы в мозг.
ВАЖНО! Открою небольшой секрет: при закрытой крышке устройство может спать, работать, просто тушить экран или полностью отключаться.
Применение линейных датчиков
- датчики тока
- тахометры
- датчики вибрации
- детекторы ферромагнетиков
- датчики угла поворота
- бесконтактные потенциометры
- бесколлекторные двигатели постоянного тока
- датчики расхода
- датчики положения
Заключение
Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.
Почему ноутбук засыпает при закрытии крышки? Вредно ли это для системы? Сегодня предлагаю поговорить, по какому принципу работает крышка ноутбука, подавая сигнал на крепкий «сон».
Линейные (аналоговые) датчики Холла
В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.
В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:
О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.
Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:
Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.
Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.
Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.
Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.
Униполярные
Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.
Вредит ли режим «сон» при закрытой крышке ноутбука
Некоторые люди считают, что режим сна вредит системе и потребляет много электрической энергии. Но ноутбук – это в принципе не жадное устройство! У него настроено минимальное потребление энергии. «Сон» позволяет быстро вернуть компьютер в рабочее состояние, все программы находятся в ждущем режиме.
ВНИМАНИЕ! Для корректной работы примерно раз в 1-2 дня рекомендуется полная перезагрузка системы. Так мы поможем памяти освободиться от накопившегося мусора.
Как проверить наличие
Чтобы убедиться, что в конкретной модели присутствует ДХ, существует несколько вариантов тестирования:
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика. Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука. Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила. Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D. То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта.
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания. В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
Начало статьи читайте в первой части.
Во второй части инструкции начинаем с восстановления участка цепи.
Для этого нужно выпаять датчик, который отвечает за сигнал открытия/закрытия крышки, и резистор в цепи этого датчика. Резистор отпал сам, значит, он подлежит замене. У датчика одна из ножек отгнила, поэтому нужен более подробный осмотр на предмет возможности восстановить ее.
Прочищаем контактные площадки спиртом и щеточкой.
Потом очищаем место от флюса и проверяем, в каком состоянии находятся дорожки. Для этого можно воспользоваться увеличительным устройством.
Дорожки оказались в нормальном состоянии.
Теперь обращаемся к схеме, чтобы узнать номинал стоявшего резистора. По этим характеристикам подберем новый, заведомо исправный, резистор и запаяем на его место.
На схеме находим необходимые нам элементы по их позиционному обозначению – MR5 и R444.
Данный резистор стоит в цепи сигнала LID591. Данный сигнал является сигналом открытия/закрытия крышки ноутбука. Датчик холла MR5 реагирует на магнитное поле, которое создает магнит, спрятанный в крышке ноутбука.
Обрыв нашего резистора подтяжки R444 может препятствовать тому, чтобы появлялся высокий уровень сигнала на выводе LID591.
Номинал резистора, как мы видим на схеме, составляет 100 кОм. Находим резистор такого же номинала и впаиваем на место старого. Мы, как обычно, воспользуемся платой-донором. Если у вас такой нет, придется покупать резистор.
После установки резистора и датчика не забываем очистить место пайки.
При проверке микроскопом одной из дорожек около светодиодов обнаружили, что она прогнила. Ее придется зачистить чем-нибудь острым, а также флюсом и паяльником.
Перегнившую дорожку восстановим при помощи тонкой проволочной перемычки.
Укладываем проволочку вдоль линии дорожки, соединив рабочие участки дорожки между собой, и минуя поврежденный участок.
Припаиваем концы проволоки, затем очищаем участок пайки от флюса и других остатков.
При ремонте следующего участка также отпал резистор. Значит, снова придется обратиться к схеме. Позиционное обозначение резистора – PR109.
Данный резистор участвует в формировании сигнала S5D. То есть, когда этот резистор отгнил, сигнал S5D стал только низкого логического уровня. Потому что положительное напряжение на данный сигнал подается через этот резистор.
Этот сигнал через перемычку подается на затвор транзистора PQ21. Транзистор коммутирует напряжение +3V_S5.
Это напряжение получается из напряжения +3VCPU при открытии данного транзистора. Чтобы транзистор открылся, на его затвор необходимо подать высокий логический уровень.
Соответственно, транзистор откроется, когда наше напряжение S5D будет высокого логического уровня.
Узнаем, что это за напряжения +3VCPU и +3V_S5. На каком этапе они формируются.
Напряжение +3VCPU – это дежурное напряжение, которое всегда должно присутствовать на плате. Напряжение +3V_S5 появляется позже, когда плата в S5 режим.
Переходим к восстановлению участка платы. Первым делом восстанавливаем прогнивший участок дорожки.
Алгоритм действий знаком: зачищаем острым предметом, смазываем флюсом, проходим паяльником несколько раз, прокладываем между рабочими участками дорожки проволочку в качестве мостика, припаиваем ее, отрезаем лишнее и очищаем участок ремонта.
Затем устанавливаем новый резистор.
Теперь переходим к следующему проблемному участку – резистору R735 и транзистору Q56.
Отпаиваем их. Очищаем контактные площадки.
Затем снова обращаемся к схеме.
Эта цепь отвечает за индикацию подключения адаптера питания. В запуске материнской платы данная цепь не участвует.
Резистор здесь на 1.5 кОм. Найдем новый резистор с такими характеристиками и впаяем его на место старого.
Выпаянный транзистор оказался рабочим, поэтому мы его вернем на родное подготовленное место.
После восстановления не забываем очистить место пайки.
Восстановив все видимые повреждения, пробуем подать питание на плату и посмотреть, появится ли реакция на кнопку включения.
В нашем случае реакции на кнопку запуска не появилось. В таком случае откроем последовательность запуска и смотреть, что мешает нормальному старту платы.
Принцип работы датчика Холла (ДХ)
В 1879 году американский исследователь Эдвин Холл, проводивший измерения электрического тока в различных образцах, помещенных в магнитное поле, открыл эффект, названный впоследствии его именем. Магнитное поле, направленное перпендикулярно основному движению тока, отклоняет часть зарядов в поперечном направлении (действует сила Лоренца). Таким образом возникало холловское напряжение, что позволило создать различные сенсоры, обнаруживающие магнитное поле.
Широкое применение ДХ нашли в автомобилестроении и электродвигателях. Появление мобильных устройств расширило сферу применения этих магнитных сенсоров.
Цифровые датчики Холла
Как только наступила эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:
По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.
В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:
Виды датчиков Холла
Различают ДХ, которые с помощью дополнительной электроники (контроллеров) реализуют разную реакцию на магнитные полюса:
- Униполярные. Такими сенсорами комплектуются бюджетные смартфоны. С помощью этих простейших ДХ смартфон реагирует только на наличие магнитного поля. С их помощью реализуется функция открывания-закрывания обложки.
- Биполярные. Такие сенсоры «чувствуют» оба магнитных полюса.
- Омниполярные. Этот тип сенсора похож на униполярный, но с помощью дополнительного контроллера становится чувствительным к обоим типам полюсов (южного и северного).
Последние вопросы
Ноутбуки Packard Bell EasyNote TV11HC
EasyNote TV11HC. Суть проблемы — при закрытии крышки перехода в спящий режим не происходит. Но если сверху ещё чуть чуть надавить, то переходит в спящий режим. Можно просто посильнее закрыть крышки — опять же сработает. Думаю, что то не так, либо с датчиком закрытия крышки, либо с магнитом. Подскажите пожалуйста, где его искать?
Мульти Бренд Премиум сервис СПБ 19.09.2017 02:22
Для начала проверте целостность корпуса и петлей, так как при более сильном нажатии всё таки срабатывает.
Ремонт48 Липецк 18.09.2017 22:09
Нужно отрегулировать магнит или дело в деформированном корпусе.
Берёте маленький магнитик и проводите по периметру топ-панели в том месте где гаснет экран и устройство уходит в "сон" там и находится датчик хола как правило находится на левой части топ панели в районе клавиши Shift и Caps Lock (могу ошибаться) как правило перестаёт срабатывать после замены матрици если забыли установить магнит в крышку либо сместили его, ну и конечно же убедитесь, что корпус цел и петли закрываются полностью. (доброго вам времени суток и продолжительной работы вашему устройству)
Собственно, как проявилась неисправность?
В марте 2020 ноутбук при малейшем движении крышки начал валиться в спящий режим. Проблему с датчиком подтвердило отключение какого-либо действия при закрытии крышки. Собственно проблему в какой-то степени это решило, просто стал отправлять в спящий нажатием кнопки.
Дальше ситуация усугубилась, ложные срабатывания стали всё чаще, и хоть в спящий режим ноутбук не валиться, экран всё ещё моргает, как отключить такую реакцию на закрытую крышку я не нашёл.
В конце концов мне это надоело, заказал плату.
Внешне платы похожи. Есть только одно отличие — место, где к плате прилегает токопроводящая лента. На оригинальной плате присутствуют шарики припоя, на новой — просто полигон меди без паяльной маски.
Собственно причина, по которой я не стал менять шлейф — слишком длинный.
Плата меняется легко, один винт и один пластиковый зацеп. Не забудьте приклеить токопроводящую ленту к специальной области на плате.
Одно заметное отличие, которое проявило себя после сборки — слишком яркий и синюшный светодиод в кнопке, по сравнению со старым. Проблему решил кусочком белой изоленты между светодиодом и кнопкой.
Ну и собственно всё, проблема решена, экран не мигает, в спящий без спроса не валится, всё замечательно.
А тут нашлась и возможная причина выхода датчика из строя. На нём есть следы пайки. В 2012 году ноутбук упал на землю из-за порвавшегося ремня сумки, разошёлся корпус и перестал реагировать на закрытую крышку. Пришлось отдавать в сервис.
Возможно это как-то повлияло, что со временем датчик стал работать неадекватно.
По поводу перепайки самого датчика, мне не удалось найти датчиков с маркировкой X31C.
Наверное можно было бы использовать другой в таком-же корпусе или вообще приколхозить выводной, но экспериментировать не хотелось, поэтому поменял всю плату.
Биполярные
Подносим магнит одним полюсом — датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.
Читайте также: