دکتر ادوین هال در سال ۱۸۷۹ یعنی ۱۸ سال قبل از کشف الکترون پدیده اثر هال را کشف کرد. براساس تحقیقات دکتر هال وقتی که میدان مغناطیسی عمودی یک آهنربا به یک ضلع مستطیل نازکی از جنس طلا که دارای جریان الکتریکی است وارد شود باعث بوجود آمدن اختلاف پتانسیل در ضلع مقابل می‌گردد. 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. به عبارت دیگر اثر هال ( hall effect) اینگونه بیان می‌کند که اگر جریانی از یک بلور رسانا در جهت عمود بر میدان مغناطیسی یکنواخت (H) اعمال‌شده عبور کند، رسانا دارای اختلاف پتانسیلی میان ضلعهای عمود بر جهت جریان و میدان مغناطیسی خواهد شد.
اثر هال نتیجه طبیعت جریان عبوری از هادی است. جریان از حرکت تعداد زیادی حامل‌های بار تشکیل می‌شود که معمولاً الکترونها، حفره‌ها، یونها یا ترکیبی از این سه هستند. حامل‌های بار هنگام حرکت در میدانی که بر مسیر حرکت آنها عمود است، نیرویی را تجربه می‌کنند، که نیروی لورنتز نامیده می‌شود. وقتی چنین میدان مغناطیسی حاضر نباشد، بارها تقریباً به صورت مستقیم حرکت می‌نمایند. اما وقتی یک میدان مغناطیسی عمود اعمال شود، مسیر آنها منحرف می‌شود و روی یکی سطوح ماده تجمع می‌کنند. نتیجه این امر به جای ماندن بارهای مساوی اما با علامت مخالف در سطح دیگر خواهد بود، یعنی همان‌جایی که کمبود حامل بار وجود دارد و بدین ترتیب یک توزیع نامتقارن از چگالی بار در سطح عنصر هال به وجود می‌آید که جهت آن عمود بر میدان مغناطیسی و جهت حرکت حامل‌های بار است. جدا شدن بارها یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که با ادامه مهاجرت بارها مخالفت خواهد کرد، بنابراین یک اختلاف پتانسیل ثابت تا زمانی که جریان ادامه داشته باشد به وجود خواهد آمد.
یک ویژگی بسیار مهم اثر هال این است که بین حامل‌های مثبت که یک جهت حرکت می‌کنند و حامل‌های منفی که در جهت دیگر حرکت می‌کنند، تفاوت می‌گذارد. اثر هال اثبات می کند جریان الکتریکی در فلزات به وسیله الکترون‌های در حال حرکت صورت می گیرد و نه پروتون‌ها.همچنین مطابق با اثر هال، در برخی مواد، مخصوصا نیمه‌هادی‌های نوع پی، جریان بهتر است به وسیله حرکت حفره‌های الکتریکی در نظر گرفته شود تا الکترون‌های در حال حرکت. یکی از عوامل مهم در پیچیدگی اثر هال این است که حفره‌هایی که در حال حرکت به سمت چپ هستند، در واقع الکترون ها در حال حرکت به سمت راست می‌باشند، بنابراین ممکن است شخصی انتظار داشته باشد که ضریب هال برای الکترونها و پروتون‌ها یکسان و هم علامت باشد. در هر صورت، رفع این پیچیدگی تنها به وسیله نظریه مکانیک کوانتومی مدرن درباره جابجایی در جامدات ممکن است.
– سنسورهای اثر هال: سنسورهای اثر هال در بسیاری از ابزار اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. در شرایطی که متغیر حس شونده میدان مغناطیسی تولید کند یا آنرا از خود عبور دهد حسگرهای اثر هال به خوبی وظیفه خود را انجام می‌دهند ولتاژ هال متناسب است با جریان الکتریکی (I) و میدان مغناطیسی (B)، اندازه این ولتاژ در محدوده میکرو ولت می‌باشد. به همین خاطر در کاربردهای عملی حضور تقویت کننده‌ها ضروری می‌باشد. یک حسگر اثر هال مبدلی است که اساس کار آن بر روی میدان مغناطیسی می باشد و در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی خروجی ولتاژ نشان می‌دهد و یک ولتاژ الکتریکی بر اثر میادین مغناطیسی تولید می کنند . با اعمال میدان‌های مغناطیسی نسبتاً بزرگ ولتاژ خروجی در محدوده چند میکروولت می‌باشد. 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. این سنسور کاربردهای گسترده ای داشته و در حسگرهای دما و فشار و جریان نیز مورد استفاده قرار می گیرد ، از جمله ویژگی های این سنسورها می توان به مواردی از قبیل حالت جامد و عمر زیاد و هچنین سرعت بالا و محدوده فرکانسی بالا اشاره نمود.
– حسگرهای اثر هال به دو نوع عمده تقسیم می‌شوند: ۱. حسگرهای خطی یا آنالوگ ولتاژ خروجی این نوع حسگر مستقیماً از خروجی تقویت کننده گرفته می‌شود که متناسب است با اندازه میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده. ۲. حسگرهای اثر هال با خروجی دیجیتال این نوع حسگرها دارای schmitt-trigger هستند که بر اساس حلقه هیسترزیس ساخته شده‌است و به تقویت کننده متصل می‌شود. خروجی آنها تنها دو وضعیت روشن (ON) و خاموش (OFF) را پوشش می‌دهد. در صورتی که شار مغناطیسی با اندازه بزرگتر از یک مقدار مرجع از عنصر هال عبور کند خروجی سریعاً از حالت خاموش (OFF) به حالت روشن (ON)تغییر وضعیت می‌دهد.
* کاربردهای حسگر با خروجی دیجیتال: – کنترل موتور (تشخیص سرعت) – تجهیزات عکاسی (اندازه‌گیری زمان) – زمان احتراق – حسگر مکان – شمارنده پالس (چاپگر و درایو موتور) – Joy stick – قفل شدن در – مشاهده جریان (سیستم موتور) * کاربردهای سنسور با خروجی خطی : – درایو دیسک – درایو فرکانس متغیر – کنترل حفاظت موتور – مشاهده جریان – حفاظت منبع تغذیه – اندازه‌گیری مکان – دیافراگم فشار – پتانسیومترهای غیر تماسی – سوییچ‌های انکودر و …
منبع: برنیکا
