1. Hall Etkisi Nedir?

Hall etkisi, yüklü parçacıkların (elektronlar gibi) karşılık gelen elektrik ve manyetik alanları arasındaki etkileşimden kaynaklanır. Daha canlı ve sezgisel bir anlayış için, aşağıdaki Hall etkisi ilkesinin animasyon şemasına bakabilirsiniz.

2. Hall Etkisi Prensibi

İletken bir plaka, bataryalı bir devreye bağlandığında akım akmaya başlar. Yük taşıyıcıları, plakanın bir ucundan diğer ucuna doğrusal bir yol boyunca hareket eder. Yük taşıyıcılarının hareketi bir manyetik alan oluşturur. Plakaya yakın bir mıknatıs yerleştirildiğinde, yük taşıyıcılarının manyetik alanı bozulur ve bu da yük taşıyıcılarının doğrusal akışını bozar. Yük taşıyıcılarının akış yönünü bozan kuvvete Lorentz kuvveti denir.

Yük taşıyıcılarının manyetik alanının bozulması nedeniyle, negatif yüklü elektronlar plakanın bir tarafına, pozitif yüklü delikler ise diğer tarafına sapacaktır. Plakanın iki tarafı arasında, bir cihazla ölçülebilen, Hall voltajı olarak bilinen bir potansiyel farkı oluşacaktır.

Hall etkisi ve Lorentz kuvveti: Mavi ok B, iletken levhadan dikey olarak geçen manyetik alanı temsil eder

Hall etkisi ilkesi, akım taşıyan bir iletken veya yarı iletkenin dik bir manyetik alana sokulduğunda, akım yoluna dik bir konumda bir voltajın ölçülebileceğini belirtir.

VH olarak gösterilen Hall voltajı şu formülle verilir:

· VH, iletken plakadaki Hall voltajıdır

· I, sensörden geçen akımdır

· B manyetik alan şiddetidir

· q yüktür

· n, birim hacim başına yük taşıyıcılarının sayısıdır

· d, sensörün kalınlığıdır

3. Hall Etkisi Sensörlerinin Prensibi

Sensör etrafındaki manyetik akı yoğunluğu önceden ayarlanmış belirli bir eşiği aştığında, sensör bunu algılar ve Hall voltajı (VH) adı verilen bir çıkış voltajı üretir. Spesifik prensip aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Hall etkisi sensörü temel olarak, içinden sürekli akım geçen galyum arsenit (GaAs), indiyum antimonit (InSb) veya indiyum arsenit (InAs) gibi p tipi yarı iletken malzemeden yapılmış ince bir dikdörtgen parçadan oluşur.

Hall etkisi sensörünün şematik diyagramı

Bir Hall etkisi sensörü manyetik alana yerleştirildiğinde, manyetik akı çizgileri yarı iletken malzemeye bir kuvvet uygulayarak yük taşıyıcılarının (elektronlar ve boşluklar) yarı iletken plakanın her iki tarafına doğru sapmasına neden olur. Yük taşıyıcılarının bu hareketi, yarı iletken malzemeden geçerken maruz kaldıkları manyetik kuvvetin bir sonucudur.

Bu elektronlar ve boşluklar yanlara doğru hareket ettikçe, bu yük taşıyıcılarının birikmesi nedeniyle yarı iletken malzemenin iki yüzü arasında bir potansiyel farkı oluşur. Elektronların yarı iletken malzeme içindeki hareketi, ona dik bir dış manyetik alandan etkilenir ve bu etki, düz dikdörtgen malzemelerde daha belirgindir.

Hall etkisi, manyetik kutup türü ve manyetik alanın büyüklüğü hakkında bilgi sağlar. Örneğin, güney kutbu cihazın bir voltaj çıkışı üretmesine neden olurken, kuzey kutbunun herhangi bir etkisi olmaz. Tipik olarak, Hall etkisi sensörleri ve anahtarları, manyetik alan olmadığında "kapalı" durumda (açık devre durumu) olacak şekilde tasarlanmıştır. Yalnızca yeterli güç ve polariteye sahip bir manyetik alana maruz kaldıklarında "açılırlar" (kapalı devre durumu).

4. Hall Etkisi Sensörleri

En basit haliyle, sensör analog bir sensör gibi çalışır ve doğrudan voltaj döndürür. Bilinen bir manyetik alanla, Hall plakasına olan mesafe belirlenebilir. Bir grup sensör kullanılarak, mıknatısın göreceli konumu çıkarılabilir.

Hall etkisi sensörleri genellikle cihazın dijital (açık/kapalı) modda çalışmasını sağlayan devrelerle birleştirilir ve bu konfigürasyonda anahtar olarak adlandırılabilirler. Aşağıdaki şekil, bir Hall etkisi sensörünün yanından geçen iki mıknatıslı bir tekerleği göstermektedir.