1. ¿Qué es el efecto Hall?

El efecto Hall se produce por la interacción entre los campos eléctricos y magnéticos correspondientes de partículas cargadas (como los electrones). Para una comprensión más clara e intuitiva, puede consultar el diagrama animado del principio del efecto Hall a continuación.

2. Principio del efecto Hall

Cuando una placa conductora se conecta a un circuito con una batería, comienza a fluir corriente. Los portadores de carga se mueven linealmente de un extremo a otro de la placa. Este movimiento genera un campo magnético. Al colocar un imán cerca de la placa, el campo magnético de los portadores de carga se distorsiona, lo que altera su flujo rectilíneo. La fuerza que altera la dirección del flujo de los portadores de carga se denomina fuerza de Lorentz.

Debido a la distorsión del campo magnético de los portadores de carga, los electrones con carga negativa se desviarán hacia un lado de la placa, mientras que los huecos con carga positiva se desviarán hacia el otro. Se generará una diferencia de potencial, conocida como voltaje Hall, entre ambos lados de la placa, que puede medirse con un instrumento.

Efecto Hall y fuerza de Lorentz: la flecha azul B representa el campo magnético que pasa verticalmente a través de la placa conductora

El principio del efecto Hall establece que cuando un conductor o semiconductor que transporta corriente se introduce en un campo magnético perpendicular, se puede medir un voltaje en una posición perpendicular a la trayectoria de la corriente.

El voltaje Hall, denotado como VH, se da mediante la fórmula:

· VH es el voltaje Hall en la placa conductora

· I es la corriente que fluye a través del sensor

· B es la intensidad del campo magnético

· q es la carga

· n es el número de portadores de carga por unidad de volumen

· d es el espesor del sensor

3. Principio de los sensores de efecto Hall

Cuando la densidad de flujo magnético alrededor del sensor supera un umbral preestablecido, este lo detecta y genera una tensión de salida denominada tensión Hall (VH). El principio específico se muestra en la figura a continuación.

Un sensor de efecto Hall consiste básicamente en una delgada pieza rectangular de material semiconductor de tipo p, como arseniuro de galio (GaAs), antimoniuro de indio (InSb) o arseniuro de indio (InAs), a través del cual pasa una corriente continua.

Diagrama esquemático del sensor de efecto Hall

Cuando un sensor de efecto Hall se coloca en un campo magnético, las líneas de flujo magnético ejercen una fuerza sobre el material semiconductor, provocando que los portadores de carga (electrones y huecos) se desvíen hacia ambos lados de la placa semiconductora. Este movimiento de los portadores de carga se debe a la fuerza magnética que experimentan al atravesar el material semiconductor.

A medida que estos electrones y huecos se desplazan lateralmente, se genera una diferencia de potencial entre ambos lados del material semiconductor debido a la acumulación de estos portadores de carga. El movimiento de electrones a través del material semiconductor se ve afectado por un campo magnético externo perpendicular a él, y este efecto es más pronunciado en materiales planos y rectangulares.

El efecto Hall proporciona información sobre el tipo de polo magnético y la magnitud del campo magnético. Por ejemplo, un polo sur hará que el dispositivo produzca una salida de voltaje, mientras que un polo norte no tendrá ningún efecto. Normalmente, los sensores e interruptores de efecto Hall están diseñados para estar en estado "apagado" (circuito abierto) cuando no hay campo magnético presente. Solo se activan (circuito cerrado) cuando se exponen a un campo magnético de suficiente intensidad y polaridad.

4. Sensores de efecto Hall

En su forma más simple, el sensor funciona como un sensor analógico, devolviendo directamente una tensión. Con un campo magnético conocido, se puede determinar la distancia a la placa Hall. Mediante un grupo de sensores, se puede inferir la posición relativa del imán.

Normalmente, los sensores de efecto Hall se combinan con circuitos que permiten que el dispositivo funcione en modo digital (encendido/apagado). En esta configuración, se les conoce como interruptores. La figura a continuación muestra una rueda con dos imanes que pasan junto a un sensor de efecto Hall.