Hallův jev
Hallův jev objevil americký vědec E. H. Hall koncem 70. let 19. stol. Jev, který nese jeho jméno, lze popsat takto: Teče-li vodičem umístěným v magnetickém poli elektrický proud, vzniká působením magnetického pole příčná síla působící na pohybující se elektrické náboje, která je vytlačuje na boční stěnu vodiče.
Obr. 1: Princip Hallova jevu a) proudová vlákna bez magnetického pole b) vychýlení proudových vláken v magnetickém poli
Jev je nejsilnější u tenkého plochého vodiče (proud procházející plochou destičkou je složen z množství paralelních proudových vláken, která jsou vytlačována pouze do stran, protože díky malé tloušťce nemohou ani nahoru ani dolů).
Při průchodu proudu se v tenké polovodičové destičce vytvoří rovnoměrně rozložená proudová vlákna. Po přiložení vnějšího magnetického pole bude na tato vlákna působit Lorentzovsa síla FL, pro kterou platí:
FL = Q . v . B 〔N, C, m . s-1, T〕,
když: Q = přenášený elektrický náboj;
v = rychlost pohybu náboje; B = magnetická indukce.
Polovodičové destičky Hallovy sondy mohou být dotované příměsemi typu P nebo N. Podle toho je určena polarita napětí. Výhodou polovodičových senzorů je snadná možnost jejich zabudování do integrovaných obvodů
Vložíme-li vodivou destičku tloušťky d, kterou protéká řídicí elektrický proud I, do magnetického pole s magnetickou indukcí B kolmou na směr proudu, pak ve třetím směru, kolmém na směr proudu a zároveň na směr magnetického pole změříme potenciálový rozdíl (Hallovo elektrické napětí) UH, který je určen vztahem:
Rh = Hallova materiálová konstanta pro daný polovodič;
d = tloušťka polovodiče;
B = magnetická indukce v T;
I = protékající proud v A.
Hallova sonda jako spínač
Integrované Hallovy sondy ve funkci spínače se nejčastěji skládají z Hallovy sondy a z připojeného klopného obvodu s hysterezí seřiditelnou z vnějšku obvodu pro nastavení okamžiku přepnutí.
Velikost magnetické indukce, při které dochází k přepnutí spínače, bývá v řádu jednotek až desítek mT.
Obrázek znázorňuje příklad pouzdra senzoru s Hallovou sondou pro klasickou montáž.
Obr. 2: Hallova sonda – příklad pouzdra
Obrázek znázorňuje příklad aplikace Hallovy sondy ve funkci snímače pro aplikaci v automatizaci.
Obr. 3: Hallova sonda – příklad snímače
Analogová Hallova sonda dává na výstupu napětí přímo úměrné proudu protékajícímu sondou a velikosti magnetické indukce procházející sondou. Kromě Hallova čidla obsahuje sonda také teplotní kompenzaci, obvody pro zesílení a linearizaci Hallova napětí a výstupní zesilovač.
Programovatelná Hallova sonda obsahuje kromě klasického detektoru magnetického pole a obvodů pro snímání výstupního napětí navíc analogově číslicový převodník a komunikační obvody pro vstup informace nastavení citlivosti, ovládání komunikace a obvod pro výstup číslicové informace.
Takovouto sondu lze pak snadno propojit s mikroprocesory v obvodech číslicových měřicích přístrojů a v obvodech automatizovaného řízení.
Zdroje
- KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice. VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
Obrázky
- Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Princip Hallova jevu a) proudová vlákna bez magnetického pole b) vychýlení proudových vláken v magnetickém poli, Elektronika I učebnice. VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
- Obr. 2: KKOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Hallova sonda – příklad pouzdra, Elektronika I učebnice. VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
- Obr. 3: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Hallova sonda – příklad snímače, Elektronika I učebnice. VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
