ホール素子を使った回路について

質問

ホール素子を使った回路について
スペース失礼します。
今ホール素子を用いてLEDを点灯させる回路を製作しようと考えております。

動作詳細としまして
・ホール素子に磁石を近づけるとLEDが点灯
・磁石を遠ざけるとLEDが消灯
というものです。

増幅回路を用いて行っておりますが、参考資料に出力結果が掲載されておらず確認ができない状態です。
しかし、磁石を近づけても変化が見られないので困っております。
ホール素子はTHS103Aを使用しております。
OPアンプはTL071を使用しております。
初めて質問させていただくので、どこまで明確な詳細を記載すれば良いかわかりませんが、どうかよろしくお願いします。
（回路知識に関しませしては増幅回路に触れている程度です。）

回答No.5

inara1 · ベストアンサー

単電源（6V）で動作する回路を作ってみました（添付図）。ホールセンサは手元にあったTHS123を使いましたがちゃんと動作しました。
ご質問の回路（http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1145534901）では、磁石のN極かS極のどちらか一方を近づけた場合だけしかLEDが点灯しませんが、添付回路だと、どちらの場合も点灯します。

この回路では、磁石を近づけるとLEDが点灯し、磁石を離すと消灯しますが、コンパレータ（LM339）を使っているので、徐々に明るくなったりせず、瞬時に点灯/消灯します。磁石がどの距離にあるときにLEDが点灯/消灯するか（感度）を可変抵抗VR2で変えられるようにしました。また、ホール素子にはオフセット（磁界がゼロでも電圧が発生する）があるので、これを可変抵抗VR1でゼロにできるようにしました（こうしないとN極とS極での感度が異なってしまう）。

調整手順は以下の通りです。
（１）　VR2を左に回しきった状態（最大感度）にする
（２）　磁石を離した状態でVR1を調整して、LEDが消灯する位置に合わせる
（３）　磁石を近づけるとLEDが点灯することを確認する（N極を近づけてもS極を近づけても点灯するはず）
（４）　VR2を右に回して適当な感度に調整する

実験で使ったLEDは動作電圧が Vf = 3.6V のものだったので、電流制限抵抗 R5 を 220Ω としましたが、Vf　の低いLEDを使う場合はもっと大きな抵抗にしてください。R5（Ω） > ( 6V - Vf )/0.02

VR2を左に回しきっても感度不足のとき（もっと遠くに磁石があるときに動作させたいとき）は、R1とR3の抵抗値を小さくします（こちらで実験したときは10kΩとしました）。ただし、あまり感度を上げすぎると、磁石がなくても外来ノイズでLEDがチラチラ点灯したり、周囲温度が変わるとオフセット調整点がずれてしまいます。

THS103を一定電圧（6V）で駆動すると、周囲温度による特性変化が大きくなります（40℃の変化で出力電圧が20mV変わる）。できれば定電流駆動したほうがいいです（オペアンプ１個追加になります：必要なら回路を紹介します）。

コンパレータ
　　LM339　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00436/　
半固定抵抗（VR1, VR2）
　　単回転型　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03277/
　　多回転型　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00975/
コンデンサ
　　0.1μF　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02211/

お礼

遅くなってしまい申し訳ありません。
回路提供ありがとうございます。ちょうどコンパレータを使って組み直そうと考えている時でとても助かりました。
LEDは5mmLEDですのでVfは2.0Vであると思われます。

周辺温度による変化は考慮していませんでした・・・。
この状態でもこちらで動作チェックしたとき問題なく動作すればよいのですが、
お手数ですが定電流駆動の回路を教えていただけますでしょうか。

回答No.4

inara1

ANo.3 です。
THS103A は持ってないですが、ほぼ同じ特性の THS123 は持ってます。オペアンプ（TL072）も持ってますので実験してみましょうか？

電源は両電源（±18V）でなく、単電源でもできます（ただしオペアンプが2個必要）。LED はどういう型番のものでしょうか？この中（http://akizukidenshi.com/catalog/c/cled/）にありますか？

回答No.3

inara1

ご質問の回路はこれ（http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1145534901）でしょうか。この回路はこの書籍（http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/30/30631.htm）の126ページの回路と全く同じです（ホール素子の型番は異なる）。

TH103A のホール電圧は、1k ガウスの磁束密度で50mV～120mV（バイアス電流5mA時）で、差動増幅回路の差動利得は40倍なので
　　　　　磁石を離したとき、ホール素子の電圧（オペアンプの-入力側？）が 2.9V、オペアンプの出力電圧が -2V
　　　　　磁石を近づけたとき、ホール素子の電圧が 2.87V、オペアンプの出力電圧が 2.3V
というのは特におかしくないです。

＞PC上でシュミレーションを行ってみるとOPアンプ後が16.44Vとかなり誤差がある
これはどのような状態での結果でしょうか。ホール素子をどのようなモデルでシミュレーションしたのか分かりませんが、添付図の ホール電圧が 400mV を超えるとオペアンプが飽和するので「OPアンプ後が16.44V」というのはあり得ます。TL071C の入力オフセット電圧は最大 ±10mV なので、オフセット電圧による出力電圧のずれは高々400mV です（オフセット電圧による飽和はない）。

＞回路上でOPアンプの＋－の接続を逆にすると 16V は出力されますが
これでは差動増幅器にならないので意味がありません。

ご質問の趣旨は、「実際の回路では正常動作しているが、シミュレーションでは再現しないのはなぜか」ということでしょうか。だとしたら、シミュレーションの回路とモデル（ホール素子とオペアンプ）がどういうものかを教えてください。

それと、この回路で気になった点が２つあります。
　　（１）　オペアンプの出力が-側に振れると、LEDに逆バイアスがかかってしまいます。LEDは逆耐圧に弱い（普通は 5V 程度）のでこのような回路は感心しません（LEDと並列に、逆極性の小信号用ダイオードを接続したほうがいい）。
　　（２）　電源電圧が ±18V というのは、オペアンプの絶対最大定格と同じで危険です。LEDを1個点灯させるだけなら、このような高い電源電圧は必要ないと思います。

回答No.2

xpopo

norio0724さん、回路図が見えません。多分、質問を最初にアップするときしか
図や写真はアップできなかったように思います。回路図が無い状態では良くわかりませんので、
いったんこの質問を終了させてから、新たに新しい質問という形で回路図とともにアップ
されたほうが良いと思います。

回答No.1

xpopo

もっと具体的な情報を！

　詳細回路図　をお願いします。

補足

このような回路です。
ホール素子を通したとき2.9V出力されていました。
OPアンプを通した場合約-2V出力されて
磁石を近づけたときホール素子は2.87Vを出力し、OPアンプ後は2.3V程度出力され
LEDは点灯しました。
しかし、PC上でシュミレーションを行ってみるとOPアンプ後が16.44Vとかなり誤差があります。
回路上でOPアンプの＋－の接続を逆にすると16Vは出力されますがLEDが点灯したままになります。（磁石を近づけても変化はありません。）