Vraag 20Joystick met Hall-sensor

Een joystick kan worden gebruikt bij figuur 1 het gamen. Zie figuur 1. De onderkant van de joystick bevat twee beugels die draaibaar zijn: een voor de beweging in de x -richting (naar links en rechts) en een voor de beweging in de y- richting (naar voren en achteren). Zie figuur 2. Als de joystick wordt bewogen, draaien de asjes waaraan de beugels bevestigd zijn. Op deze asjes zit een metalen lipje dat contact maakt met een weerstandsdraad in punt C . Zie figuur 2, deze figuur is op schaal. figuur 2 De weerstandsdraad heeft een weerstand van 100 kΩ , een lengte van 14 cm en een soortelijke weerstand van 0,54 Ω m.

De spanning tussen A en B is 5,0 V . De spanning tussen A en C wordt gemeten. Op deze manier is de stand van de joystick in de x -richting te bepalen.

Deze manier van positie bepalen heeft figuur 3 het nadeel dat het contactpunt met de weerstandsdraad gevoelig is voor slijtage en vuil. Een manier om contactloos de stand van de joystick te detecteren, is door gebruik te maken van een zogenaamde Hall-sensor. Daarvoor wordt de weerstandsdraad weggehaald en wordt op het asje een hoefijzermagneet bevestigd. Als de joystick beweegt, draait de hoefijzermagneet om de Hall-sensor heen. Zie figuur 3. De Hall-sensor bevindt zich dus in het homogene veld van de magneet. De Hall-sensor bevat een geleidende strip waar geleidingselektronen vrij doorheen kunnen bewegen. Er loopt een stroom I door de Hall-sensor. Zie figuur 4. De bron die deze stroom levert, staat niet aangegeven in de tekening. Het homogene magneetveld staat in deze figuur loodrecht op de strip in de aangegeven richting. figuur 4 Door de lorentzkracht op de elektronen bewegen de elektronen naar de zijkant van de strip. Daardoor ontstaat aan de ene kant een negatieve lading en aan de andere kant een positieve lading. Deze ladingsverdeling veroorzaakt een elektrisch veld E in de strip. Dit geeft over de breedte Hall van de strip een spanning die de Hall-spanning U genoemd wordt. Hall Een bovenaanzicht van de strip is getekend in figuur 5. Op de uitwerkbijlage staat ook een bovenaanzicht van de strip getekend. figuur 5

Voer de volgende opdrachten uit in de figuur op de uitwerkbijlage: − Leg uit waar de negatieve lading ontstaat en waar de positieve lading ontstaat en geef dit aan in de witte cirkels. − Geef met een pijl de richting van het elektrisch veld E aan. Hall