Efectul Hall

Efectul Hall. Teslametrul

Efectul Hall

Definitia efectului Hall : cand un conductor purtator de curent este plasat intr-un camp magnetic, o tensiune va fi generata perpendicular pe directia campului si curgerii curentului. Consideram figura 1 unde un current constant trece prin foaia subtire a materialului semiconductor la care sunt atasate terminalele de iesire perpendicular pe directia curentului. Cand campul magnetic este zero, distributia curentului este uniforma si nu avem diferenta de potential la iesire.

Cand un camp magnetic perpendicular este prezent, asa cum este ilustrat in figura 2, curentul este deformat. Distributia inegala a densitatii electronilor creaza o diferenta de potential vizavi de terminalele de iesire. Acesta tensiune este numita tensiunea Hall.

O ecuatie practica care descrie interactiunea campului magnetic, curentul si voltajul Hall este:

Unde:

- Constanta k este o functie a geometriei elementului Hall, temperatura ambianta si forta de pe elemental Hall

- B sin Ø este componenta campului magnetic perpendicular pe suprafata

Daca curentul de intrare este tinut constant, tensiunea Hall va fi direct proportional cu forta campului magnetic.

Tensiunea Hall este un semnal de joasa frecventa de ordinul 20 pana la 30 microvolti intr-un camp magnetic raportat la un gauss. Un semnal de aceasta marime necesita un zgomot jos, o impedanta mare, o amplificare cu castig moderat.

Figura 3 arata diagrama bloc a caracteristicii senzorului Hall.

Campul magnetic simtit de placa Hall poate fi pozitiv sau negative. Astfel iesirea amplificatorului va scoate semnal pozitiv sau negative, astfel avem alimentare diferentiala. Acest concept este ilustrat in figura urmatoare.

Sensul curentilor care depaseste viteza senzorului si il conduce in afara razei de operare liniara produce saturatia. Saturatia are loc in amplificator cat si in circuitul magnetic. Curentii excesivi nu vor strica sensibilitatea elementului Hall.

Expresia tensiuni Hall

Intensitatea campului electric E, in prezenta inductiei magnetice are expresia:

E=J/Ã – R= ( J x B ) = Ão/Ã E0 – R= ( J x B ) ,

Deci componenta ei normala pe E0 , adica intensitatea campului Hall este :

E= = - R= ( J x B ).

Campurile E si E0 fiind potentiale si E= este un camp potential si poate fi exprimat ca gradientul unui potential V= numit potential Hall: E= =- grad V= .

Liniile normale pe intensitatea campului Hall au aceleasi potentiale Hall. Din expresia a doua se vede ca E= si J sunt ortogonale, deci liniile de camp ale lui J sunt echipotentiale Hall.. Rezulta ca diferenta dintre potentialele Hall ale orcaror doua puncte ale celor doua linii, deci si diferenta de potential Hall intre doua puncte echipotentiale in lipsa lui B, numita tensiune Hall, are aceeasi valoare. Integrand in lungul unei linii de camp a lui E= , deci luand elementul de linie dl normal pe J, se obtine expresia tensiuni Hall :

Unde s-a tinut seama de relatia: dic=J dl h, J fiind un camp plan parallel, B fiind un camp uniform.