Измерения с помощью датчиков, преобразователей, сенсоров
Датчик Холла. Принцип работы, физические процессы

Датчиком Холла называют магнитоэлектрическое устройство, работа которого основана на эффекте Холла и которое предназначено в основном для измерений величин магнитных полей, а также для создания различных преобразователей использующих электромагнитные поля.

Эффект Холла заключается в том, что при помещении проводящей пластинки (Рис.1) с током в магнитное поле в пластинке в направлении перпендикулярном току возникает электрическое поле и соответственно напряжение - напряжение Холла (ЭДС Холла). Эффект назван в честь ученого Эдвина Холла открывшего эффект.

Будем считать, что свободными носителями заряда в пластинке являются  электроны, и они обеспечивают проводимость пластинки. При отсутствии магнитного поля электроны движутся в электрическом поле E источника напряжения под действием силы Кулона (Fk = eE, e - заряд электрона) в целом прямолинейно в направлении положительного электрода (против направления электрического поля E источника напряжения в пластинке) (Рис.2). После появления магнитного поля B на движущиеся со скоростью V электроны начинает действовать сила Лоренца (Fl = eVB)  и изменять их траекторию приближая ее к окружности, отклоняя электроны к одной из граней пластинки (Рис.3). Отклонение электронов происходит до тех пор, пока кулоновская сила поля Холла Fx не уравновесит силу Лоренца Fl.

Таким образом, возле одной из граней пластинки скапливается избыточное количество электронов, и она заряжается отрицательно относительно противоположной грани. Возникает электрическое поле Ex (поле Холла) и соответственно на электрических контактах противоположных граней напряжение Холла Ux (ЭДС Холла) (Рис.4).

Рассматривая кинетические явления в пластинке можно получить формулу определяющую величину напряжения Холла:
ε х   Ux = A/ne IB/d,    (1)
где коэффициент A 1 ÷ 2 (зависит от механизма рассеяния), n - концентрация носителей заряда, I - величина тока, d - толщина пластинки.

Анализ формулы (1) показывает, что практически основным параметром, который определяет чувствительность датчика Холла (γ = ΔUx/ΔB) является подвижность носителей тока μ (I = μne). Поэтому чувствительные элементы датчиков Холла изготавливают из полупроводниковых материалов: InSb, GaAs, Si, Ge. У некоторых подвижность может достигать десятков тысяч см2/Вс.

Чувствительные элементы датчиков Холла изготавливаются в виде различной формы пластинок с четырьмя контактными площадками и электрическими выводами. Форма пластинки может быть различной. Чаще всего крестообразной (рис.5). Размеры пластинки влияют на чувствительность, линейность характеристики. Поэтому размеры оптимизируют при разработке датчика. Как правило, длина чувствительного элемента не менее чем в три раза превышает ширину.
В настоящее время при изготовлении используют микроэлектронные планарные технологии, что позволяет создавать чувствительные элементы с размером рабочей области на уровне 100х100 мкм. Чувствительность современных датчиков Холла может достигать нескольких тысяч мВ/Тл.

Смотри также:
Криогенные датчики Холла
    Преобразователи, датчики, сенсоры - Информационный портал  © 2011 - 2017                          Использование материалов сайта возможно при размещении активной ссылки 
Главная  >> Магнитные поля  >>  Датчик Холла. Принцип работы, физические процессы
  НОВОСТИ, РЕКЛАМА 
датчики, сенсоры, измерительные преобразователи
Датчик магнитного поля
Датчик Холла. Hall sensor
Датчики, преобразователи. Sensors, transducers
Loading...
Физические процессы, приводящие к эффекту Холла можно продемонстрировать с помощью ниже приведенных рисунков рис. 1-4.



физические процессы в датчике Холла
Носители заряда в датчике Холла
ЭДС Холла, возникновение в магнитном поле
форма элемента Холла
пластинка датчика Холла