1. Что такое эффект Холла?

Эффект Холла обусловлен взаимодействием электрических и магнитных полей заряженных частиц (например, электронов). Для более наглядного и наглядного понимания вы можете обратиться к анимированной схеме, иллюстрирующей принцип эффекта Холла, представленной ниже.

2. Принцип эффекта Холла

При подключении проводящей пластины к цепи с батареей возникает ток. Носители заряда движутся по линейной траектории от одного конца пластины к другому. Движение носителей заряда создаёт магнитное поле. При приближении магнита к пластине магнитное поле носителей заряда искажается, что нарушает прямолинейное движение носителей заряда. Сила, изменяющая направление движения носителей заряда, называется силой Лоренца.

Из-за искажения магнитного поля носителей заряда отрицательно заряженные электроны отклоняются к одной стороне пластины, а положительно заряженные дырки — к другой. Между двумя сторонами пластины возникает разность потенциалов, известная как напряжение Холла, которую можно измерить с помощью прибора.

Эффект Холла и сила Лоренца: синяя стрелка B представляет магнитное поле, проходящее вертикально через проводящую пластину.

Принцип эффекта Холла заключается в том, что при помещении проводника или полупроводника с током в перпендикулярное магнитное поле можно измерить напряжение в точке, перпендикулярной пути тока.

Напряжение Холла, обозначаемое как VH, определяется по формуле:

· VH — напряжение Холла на проводящей пластине

· I — ток, протекающий через датчик

· B — напряженность магнитного поля

· q — заряд

· n — число носителей заряда в единице объема

· d — толщина датчика

3. Принцип действия датчиков Холла

Когда плотность магнитного потока вокруг датчика превышает заданное пороговое значение, датчик обнаруживает это и генерирует выходное напряжение, называемое напряжением Холла (VH). Конкретный принцип показан на рисунке ниже.

Датчик Холла по сути состоит из тонкого прямоугольного куска полупроводникового материала p-типа, например, арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs), через который проходит постоянный ток.

Принципиальная схема датчика Холла

Когда датчик Холла помещается в магнитное поле, линии магнитного потока оказывают силу на полупроводниковый материал, заставляя носители заряда (электроны и дырки) отклоняться в обе стороны от полупроводниковой пластины. Это движение носителей заряда является результатом действия магнитной силы, действующей на них при прохождении через полупроводниковый материал.

При боковом движении электронов и дырок между двумя сторонами полупроводникового материала возникает разность потенциалов, обусловленная накоплением носителей заряда. Движение электронов через полупроводниковый материал затем подвергается воздействию внешнего магнитного поля, перпендикулярного ему, и этот эффект более выражен в плоских прямоугольных материалах.

Эффект Холла предоставляет информацию о типе магнитного полюса и величине магнитного поля. Например, южный полюс вызывает появление напряжения на выходе устройства, а северный не оказывает никакого эффекта. Как правило, датчики и переключатели на эффекте Холла разрабатываются так, чтобы находиться в состоянии «выключено» (разомкнутая цепь) при отсутствии магнитного поля. Они «включаются» (замкнутая цепь) только при воздействии магнитного поля достаточной напряжённости и полярности.

4. Датчики Холла

В простейшем случае датчик работает как аналоговый, напрямую возвращая напряжение. При известном магнитном поле можно определить расстояние до пластины Холла. Используя группу датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Обычно датчики Холла комбинируются со схемами, позволяющими устройству работать в цифровом режиме (вкл/выкл), и в такой конфигурации их можно назвать переключателями. На рисунке ниже показано колесо с двумя магнитами, проходящее мимо датчика Холла.