1. O que é o Efeito Hall?

O efeito Hall é causado pela interação entre os campos elétrico e magnético correspondentes de partículas carregadas (como elétrons). Para uma compreensão mais vívida e intuitiva, você pode consultar o diagrama de animação do princípio do efeito Hall abaixo.

2. Princípio do Efeito Hall

Quando uma placa condutora é conectada a um circuito com uma bateria, a corrente elétrica começa a fluir. Os portadores de carga se movem ao longo de um caminho linear de uma extremidade da placa à outra. O movimento dos portadores de carga gera um campo magnético. Quando um ímã é colocado próximo à placa, o campo magnético dos portadores de carga é distorcido, o que interrompe o fluxo retilíneo dos portadores de carga. A força que perturba a direção do fluxo dos portadores de carga é chamada de força de Lorentz.

Devido à distorção do campo magnético dos portadores de carga, elétrons com carga negativa serão desviados para um lado da placa, enquanto lacunas com carga positiva serão desviadas para o outro lado. Uma diferença de potencial, conhecida como tensão de Hall, será gerada entre os dois lados da placa, que pode ser medida com um instrumento.

Efeito Hall e força de Lorentz: a seta azul B representa o campo magnético que passa verticalmente pela placa condutora

O princípio do efeito Hall afirma que quando um condutor ou semicondutor que transporta corrente é introduzido em um campo magnético perpendicular, uma voltagem pode ser medida em uma posição perpendicular ao caminho da corrente.

A tensão de Hall, denotada como VH, é dada pela fórmula:

· VH é a tensão de Hall na placa condutora

· I é a corrente que flui através do sensor

· B é a intensidade do campo magnético

· q é a carga

· n é o número de portadores de carga por unidade de volume

· d é a espessura do sensor

3. Princípio dos sensores de efeito Hall

Quando a densidade do fluxo magnético ao redor do sensor excede um determinado limite predefinido, o sensor detecta e gera uma tensão de saída chamada tensão de Hall (VH). O princípio específico é mostrado na figura abaixo.

Um sensor de efeito Hall consiste basicamente em uma fina peça retangular de material semicondutor do tipo p, como arsenieto de gálio (GaAs), antimoneto de índio (InSb) ou arsenieto de índio (InAs), através do qual passa uma corrente contínua.

Diagrama esquemático do sensor de efeito Hall

Quando um sensor de efeito Hall é colocado em um campo magnético, as linhas de fluxo magnético exercem uma força sobre o material semicondutor, fazendo com que os portadores de carga (elétrons e lacunas) se desviem para ambos os lados da placa semicondutora. Esse movimento dos portadores de carga é resultado da força magnética que eles experimentam ao passarem pelo material semicondutor.

À medida que esses elétrons e buracos se movem lateralmente, uma diferença de potencial é gerada entre os dois lados do material semicondutor devido ao acúmulo desses portadores de carga. O movimento dos elétrons através do material semicondutor é então afetado por um campo magnético externo perpendicular a ele, e esse efeito é mais pronunciado em materiais retangulares planos.

O efeito Hall fornece informações sobre o tipo de polo magnético e a magnitude do campo magnético. Por exemplo, um polo sul fará com que o dispositivo produza uma saída de tensão, enquanto um polo norte não terá efeito. Normalmente, sensores e interruptores de efeito Hall são projetados para estarem em um estado "desligado" (estado de circuito aberto) quando não há campo magnético presente. Eles somente "ligam" (condição de circuito fechado) quando expostos a um campo magnético de intensidade e polaridade suficientes.

4. Sensores de efeito Hall

Em sua forma mais simples, o sensor opera como um sensor analógico, retornando diretamente uma tensão. Com um campo magnético conhecido, a distância da placa de Hall pode ser determinada. Usando um conjunto de sensores, a posição relativa do ímã pode ser inferida.

Normalmente, sensores de efeito Hall são combinados com circuitos que permitem que o dispositivo opere em modo digital (ligado/desligado) e, nessa configuração, podem ser chamados de interruptores. A figura abaixo mostra uma roda com dois ímãs passando por um sensor de efeito Hall.