1. हॉल प्रभाव क्या है?

हॉल प्रभाव आवेशित कणों (जैसे इलेक्ट्रॉन) के संगत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच परस्पर क्रिया के कारण होता है। अधिक स्पष्ट और सहज समझ के लिए, आप नीचे दिए गए हॉल प्रभाव सिद्धांत के एनीमेशन आरेख को देख सकते हैं।

2. हॉल प्रभाव का सिद्धांत

जब एक चालक प्लेट को बैटरी वाले परिपथ से जोड़ा जाता है, तो धारा प्रवाहित होने लगती है। आवेश वाहक प्लेट के एक सिरे से दूसरे सिरे तक एक रेखीय पथ पर गति करते हैं। आवेश वाहकों की गति से एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। जब किसी चुंबक को प्लेट के पास रखा जाता है, तो आवेश वाहकों का चुंबकीय क्षेत्र विकृत हो जाता है, जिससे आवेश वाहकों का सीधा प्रवाह बाधित हो जाता है। आवेश वाहकों के प्रवाह की दिशा को बाधित करने वाले बल को लोरेन्ट्ज़ बल कहते हैं।

आवेश वाहकों के चुंबकीय क्षेत्र के विरूपण के कारण, ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन प्लेट के एक ओर विक्षेपित होंगे, जबकि धनावेशित छिद्र दूसरी ओर विक्षेपित होंगे। प्लेट के दोनों किनारों के बीच एक विभवांतर उत्पन्न होगा, जिसे हॉल वोल्टेज कहते हैं, जिसे एक उपकरण से मापा जा सकता है।

हॉल प्रभाव और लोरेन्ट्ज़ बल: नीला तीर B चालक प्लेट से लंबवत गुजरने वाले चुंबकीय क्षेत्र को दर्शाता है

हॉल प्रभाव का सिद्धांत यह बताता है कि जब किसी धारावाही चालक या अर्धचालक को लंबवत चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो धारा पथ के लंबवत स्थिति पर वोल्टेज को मापा जा सकता है।

हॉल वोल्टेज, जिसे VH द्वारा दर्शाया जाता है, सूत्र द्वारा दिया जाता है:

· VH चालक प्लेट पर हॉल वोल्टेज है

· I सेंसर से होकर प्रवाहित होने वाली धारा है

· B चुंबकीय क्षेत्र की ताकत है

· q आवेश है

· n प्रति इकाई आयतन आवेश वाहकों की संख्या है

· d सेंसर की मोटाई है

3. हॉल इफेक्ट सेंसर का सिद्धांत

जब सेंसर के चारों ओर चुंबकीय फ्लक्स घनत्व एक निश्चित पूर्व-निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है, तो सेंसर इसका पता लगाता है और एक आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है जिसे हॉल वोल्टेज (VH) कहा जाता है। विशिष्ट सिद्धांत नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

हॉल प्रभाव सेंसर मूलतः पी-प्रकार अर्धचालक पदार्थ, जैसे गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), इंडियम एंटीमोनाइड (InSb), या इंडियम आर्सेनाइड (InAs) का एक पतला आयताकार टुकड़ा होता है, जिसके माध्यम से निरंतर धारा प्रवाहित होती है।

हॉल प्रभाव सेंसर का योजनाबद्ध आरेख

जब एक हॉल प्रभाव सेंसर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो चुंबकीय फ्लक्स रेखाएँ अर्धचालक पदार्थ पर एक बल लगाती हैं, जिससे आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन और छिद्र) अर्धचालक प्लेट के दोनों ओर विक्षेपित हो जाते हैं। आवेश वाहकों की यह गति अर्धचालक पदार्थ से गुजरते समय उनके द्वारा अनुभव किए जाने वाले चुंबकीय बल का परिणाम है।

जैसे-जैसे ये इलेक्ट्रॉन और छिद्र पार्श्व दिशा में गति करते हैं, इन आवेश वाहकों के संचय के कारण अर्धचालक पदार्थ के दोनों पक्षों के बीच एक विभवांतर उत्पन्न होता है। अर्धचालक पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों की गति, उसके लंबवत एक बाह्य चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रभावित होती है, और यह प्रभाव समतल आयताकार पदार्थों में अधिक स्पष्ट होता है।

हॉल प्रभाव चुंबकीय ध्रुव के प्रकार और चुंबकीय क्षेत्र के परिमाण के बारे में जानकारी प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, दक्षिणी ध्रुव के कारण उपकरण वोल्टेज आउटपुट उत्पन्न करेगा, जबकि उत्तरी ध्रुव का कोई प्रभाव नहीं होगा। आमतौर पर, हॉल प्रभाव सेंसर और स्विच को "बंद" अवस्था (खुले परिपथ की स्थिति) में रहने के लिए डिज़ाइन किया जाता है जब कोई चुंबकीय क्षेत्र मौजूद न हो। वे केवल तभी "चालू" होते हैं (बंद परिपथ की स्थिति) जब पर्याप्त शक्ति और ध्रुवता वाले चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आते हैं।

4. हॉल प्रभाव सेंसर

अपने सरलतम रूप में, सेंसर एक एनालॉग सेंसर की तरह काम करता है, जो सीधे वोल्टेज लौटाता है। ज्ञात चुंबकीय क्षेत्र की सहायता से, हॉल प्लेट से दूरी निर्धारित की जा सकती है। सेंसरों के एक समूह का उपयोग करके, चुंबक की सापेक्ष स्थिति का अनुमान लगाया जा सकता है।

आमतौर पर, हॉल प्रभाव सेंसरों को ऐसे सर्किटों के साथ जोड़ा जाता है जो उपकरण को डिजिटल (चालू/बंद) मोड में संचालित करने की अनुमति देते हैं, और इस विन्यास में, इन्हें स्विच कहा जा सकता है। नीचे दिया गया चित्र एक पहिये को दर्शाता है जिसमें दो चुम्बक एक हॉल प्रभाव सेंसर से होकर गुजर रहे हैं।