حسگر اثر هال

اثر هال توسط ادوین هال ( Dr. Edwin Hall ) در سال ۱۸۷۹ کشف شد. او پی برد وقتی که میدان مغناطیسی عمودی یک آهنربا به یک ضلع مستطیل نازکی از جنس طلا که دارای جریان الکتریکی است وارد می شود باعث به وجود آمدن اختلاف پتانسیل در ضلع مقابل می گردد. همچنین او با این نکته پی برد که میزان ولتاژ به اندازه جریان عبوری از رسانا و چگالی شار مغناطیسی عمود بر صفحه مستطیل بستگی دارد.
شکل ۱–۱ یک صفحه نازک از ماده هال را نشان می دهد که حامل جریان I در امتداد محور طولی می باشد. ماده هال می تواند رسانا یا نیمه رساناهایی از نوع P مانند آرسناید گالیوم یا GaAs، آنتیموناید ایندیوم یا InSb و آرسناید ایندیوم یا InAs باشد. ولت متری در مسیر محور عرضی این صفحه قرار داده شده است که در غیاب میدان مغناطیسی عمود بر صفحه ولتاژ صفر را نمایش می دهد. شکل هنگامی که یک میدان مغناطیسی در جهت محور عمود بر صفحه نیمه رسانا به آن اعمال شود ( مطابق شکل ۲–۱ ) نیروی لورنتز ( به انگلیسی:Lorentz Force ) بر حامل های بار ( الکترون ها و حفره ها ) اعمال شده در نتیجه آن ها به دو طرف صفحه نیمه هادی رانده می شوند. در نتیجه اختلاف پتانسیلی در عرض صفحه به وجود آمده و ولتمتر ولتاژ اندکی را نشان می دهد که به آن ولتاژ هال ( V H ) می گویند. در صورتی که جهت میدان مغناطیسی برعکس گردد، ولتاژ بوجور آمده نیز در جهت مخالف ظاهر می گردد. دربارهٔ کشف اثر هال آنچه باعث شگفتی است این نکته است که حتی در شرایط حالت ماندگار ( steady state ) نیز شاهد این پدیده هستیم. به این معنی که وقتی میدان مغناطیسی اعمالی و جریان الکتریکی عبوری نیز در طول زمان مقدار ثابتی داشته باشند، همچنان شاهد ولتاژ به وجود آمده در جهت محور عرضی صفحه هستیم.
حسگرهای اثر هال در بسیاری از ابزار اندازه گیری استفاده می شوند. در شرایطی که متغیر حس شونده میدان مغناطیسی تولید کند یا آن را از خود عبور دهد حسگرهای اثر هال به خوبی وظیفه خود را انجام می دهند ولتاژ هال متناسب است با جریان الکتریکی ( I ) و میدان مغناطیسی ( B )
اندازه این ولتاژ در محدودهٔ میکرو ولت می باشد. به همین خاطر در کاربردهای عملی حضور تقویت کننده ها ضروری می باشد.
یک حسگر اثر هال مبدلی است که در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی خروجی ولتاژ نشان می دهد. با اعمال میدان های مغناطیسی نسبتاً بزرگ ولتاژ خروجی در محدودهٔ چند میکرو ولت می باشد. برای ارتقا حساسیت حسگر و گرفتن خروجی مطلوب با بیشترین دقت و با حداقل خطای هیسترزیس باید از تقویت کننده، رگولاتور ولتاژ و مدارهای سوییچینگ منطقی استفاده کرد.