1. Apa itu Efek Hall?

Efek Hall disebabkan oleh interaksi antara medan listrik dan medan magnet partikel bermuatan (seperti elektron). Untuk pemahaman yang lebih jelas dan intuitif, Anda dapat merujuk pada diagram animasi prinsip efek Hall di bawah ini.

2. Prinsip Efek Hall

Ketika pelat konduktif dihubungkan ke sirkuit dengan baterai, arus mulai mengalir. Pembawa muatan akan bergerak sepanjang jalur linier dari satu ujung pelat ke ujung lainnya. Pergerakan pembawa muatan menghasilkan medan magnet. Ketika magnet ditempatkan di dekat pelat, medan magnet pembawa muatan menjadi terdistorsi, yang mengganggu aliran garis lurus pembawa muatan. Gaya yang mengganggu arah aliran pembawa muatan disebut gaya Lorentz.

Akibat distorsi medan magnet pembawa muatan, elektron bermuatan negatif akan membelok ke satu sisi pelat, sementara lubang bermuatan positif akan membelok ke sisi lainnya. Perbedaan potensial, yang dikenal sebagai tegangan Hall, akan dihasilkan di antara kedua sisi pelat, yang dapat diukur dengan instrumen.

Efek Hall dan gaya Lorentz: panah biru B mewakili medan magnet yang melewati vertikal melalui pelat konduktif

Prinsip efek Hall menyatakan bahwa ketika konduktor pembawa arus atau semikonduktor dimasukkan ke dalam medan magnet tegak lurus, tegangan dapat diukur pada posisi tegak lurus terhadap jalur arus.

Tegangan Hall, dilambangkan sebagai VH, diberikan oleh rumus:

· VH adalah tegangan Hall pada pelat konduktif

· I adalah arus yang mengalir melalui sensor

· B adalah kekuatan medan magnet

· q adalah muatan

· n adalah jumlah pembawa muatan per satuan volume

· d adalah ketebalan sensor

3. Prinsip Sensor Efek Hall

Ketika kerapatan fluks magnetik di sekitar sensor melebihi ambang batas tertentu yang telah ditentukan, sensor akan mendeteksinya dan menghasilkan tegangan keluaran yang disebut tegangan Hall (VH). Prinsip spesifiknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sensor efek Hall pada dasarnya terdiri dari potongan persegi panjang tipis dari bahan semikonduktor tipe-p, seperti galium arsenida (GaAs), indium antimonida (InSb), atau indium arsenida (InAs), yang dilalui arus kontinu.

Diagram skema sensor efek Hall

Ketika sensor efek Hall ditempatkan dalam medan magnet, garis fluks magnet memberikan gaya pada material semikonduktor, menyebabkan pembawa muatan (elektron dan lubang) menyimpang ke kedua sisi pelat semikonduktor. Pergerakan pembawa muatan ini merupakan akibat dari gaya magnet yang mereka alami saat melewati material semikonduktor.

Ketika elektron dan lubang ini bergerak menyamping, perbedaan potensial dihasilkan antara kedua sisi bahan semikonduktor akibat akumulasi pembawa muatan ini. Pergerakan elektron melalui bahan semikonduktor kemudian dipengaruhi oleh medan magnet eksternal yang tegak lurus terhadapnya, dan efek ini lebih terasa pada bahan persegi panjang datar.

Efek Hall memberikan informasi tentang jenis kutub magnet dan besarnya medan magnet. Misalnya, kutub selatan akan menyebabkan perangkat menghasilkan tegangan keluaran, sementara kutub utara tidak akan berpengaruh. Biasanya, sensor dan sakelar efek Hall dirancang untuk berada dalam kondisi "mati" (kondisi sirkuit terbuka) ketika tidak ada medan magnet. Sensor dan sakelar tersebut hanya "menyala" (kondisi sirkuit tertutup) ketika terpapar medan magnet dengan kekuatan dan polaritas yang memadai.

4. Sensor Efek Hall

Dalam bentuknya yang paling sederhana, sensor ini beroperasi seperti sensor analog, yang langsung mengembalikan tegangan. Dengan medan magnet yang diketahui, jarak dari pelat Hall dapat ditentukan. Dengan menggunakan sekelompok sensor, posisi relatif magnet dapat disimpulkan.

Biasanya, sensor efek Hall dikombinasikan dengan rangkaian yang memungkinkan perangkat beroperasi dalam mode digital (hidup/mati), dan dalam konfigurasi ini, rangkaian tersebut dapat disebut sebagai sakelar. Gambar di bawah menunjukkan sebuah roda dengan dua magnet yang melewati sensor efek Hall.