Czujnik Halla, znany też jako hallotron, to jeden z podzespołów, który znajduje zastosowanie w wielu branżach. Mimo że jego działanie można obserwować na co dzień, wiele osób nie wie o jego istnieniu. Jak działa? Przeczytaj, czym jest czujnik Halla.
Co to jest czujnik Halla?
Czujnik Halla to czujnik pola magnetycznego, czyli urządzenie w postaci płytki półprzewodnikowej wykonanej w jednym z trzech kształtów: prostokątnym, kwadratowym lub cylindrycznym. Na krawędziach płytki umieszczone są cztery elektrody – dwie zasilające i dwie napięciowe.
Wykorzystanie konkretnego kształtu płytki zależne jest od zastosowania. Prostokątne i kwadratowe sensory Halla używane są do mierzenia pola magnetycznego na powierzchniach płaskich i w otwartej przestrzeni. Czujniki osiowe (cylindryczne) znajdują zastosowanie w pomiarach wewnątrz otworów.
Sama płytka półprzewodnikowa wykonywana jest najczęściej z arsenku indu lub antymonku indu. Te związki chemiczne charakteryzują się stabilnością działania, niewielką podatnością na szumy i wysoką odporność na temperatury.
Czujnika Halla używa się m.in. w branży elektronicznej. Znajduje się on w wielu urządzeniach elektronicznych, takich jak smartfony, tablety i laptopy. Wykorzystywany jest również w motoryzacji.
Wyjaśnienie efektu Halla
Historia odkrycia efektu Halla rozpoczyna się w drugiej połowie XIX wieku, gdy doktorant na wydziale fizyki Uniwersytetu im. Johna Hopkinsa, Edwin Herbert Hall, postanowił sprawdzić działanie materiału przewodzącego (w tym przypadku złotej folii) w polu magnetycznym. Zgodnie z poglądem wyrażonym przez wybitnego szkockiego naukowca, Jamesa Clerka Maxwella, siła przesuwająca materiał przewodzący w polu magnetycznym powinna oddziaływać nie na prąd, a właśnie na przewodnik.
Wykonane przez Halla w 1879 roku eksperymenty potwierdziły przypuszczenia Maxwella. Pozwoliło to badaczowi opisać zjawisko, które zostało nazwane jego nazwiskiem.
Zobacz: Czujnik zbliżeniowy w telefonie — jak działa i co zrobić, gdy stwarza problemy?
Czym więc jest efekt Halla? Jest to zjawisko fizyczne polegające na powstaniu napięcia w przewodzącym prąd elektryczny materiale (półprzewodniku), który znajduje się w polu magnetycznym. Gdy przez półprzewodnik płynie prąd elektryczny, a pole magnetyczne jest skierowane poprzecznie względem niego, pojawia się różnica potencjałów. Ładunki elektryczne znajdujące się w tym polu odpychane są siłą Lorentza, czego rezultatem jest wytworzenie się napięcia.
Dzięki swym doświadczeniom Edwin Herbert Hall otrzymał nie tylko stopień doktora, ale również sławę, dzięki której jego odkrycie znane jest właśnie jako zjawisko Halla, a sensor lokalnego natężenia pola magnetycznego i elektrycznego – jako czujnik Halla lub hallotron.
Zasada działania
Jak działa czujnik Halla? Najlepiej jest pokazać to na przykładzie często spotykanego, prostokątnego czujnika.
Prąd elektryczny płynie w osi X, a pole magnetyczne skierowane jest na prostopadłą oś Y. Pole magnetyczne oddziałuje na ładunki elektryczne, odpychając je siłą Lorentza w kierunku krawędzi płytki półprzewodnikowej. Rezultatem jest gromadzenie się ładunków na płytce – dodatnich po jednej, a ujemnych po drugiej stronie. W ten sposób powstaje efekt (napięcie) Halla.
Sprawdź: Syntezator mowy — co to dokładnie jest? Wszystko o syntezatorach mowy
Urządzenia wyposażone w czujnik Halla
Tak jak wspomnieliśmy na początku, istnieje wiele branż, które wykorzystują w swoich urządzeniach czujnik Halla. Zasada działania tego sensora, choć brzmi skomplikowanie, przekłada się niekiedy na proste zastosowanie praktyczne.
Czujnik Halla w smartfonie służy jako sensor zbliżeniowy działający z kompatybilnym futerałem. Taki pokrowiec musi być wyposażony w magnes. Drugi magnes znajduje się w urządzeniu. Czujnik Halla w telefonie mierzy zmiany natężenia pola magnetycznego. Zamknięcie klapki futerału powoduje właśnie taką zmianę, dzięki czemu ekran jest wygaszany. Analogicznie – otwarcie etui skutkuje włączeniem ekranu. Na tej samej zasadzie działa hallotron w laptopie, wygaszając ekran po zamknięciu klapy.
Dzięki hallotronowi możliwe jest więc lepsze zarządzanie poborem energii przez baterię. Nieużywane urządzenie ma bowiem zawsze wyłączony ekran. Drugim praktycznym zastosowaniem czujnika Halla jest możliwość wyświetlania godziny w ramce odpowiedniego futerału.
Projektory w dobrych cenach – zapoznaj się z ofertą
Z sensora pola magnetycznego korzystają również producenci aut. Czujnik Halla wykorzystywany jest np. w systemie ABS. Dzięki niemu możliwy jest pomiar prędkości obrotowej kół. Pozwala to na dostosowanie odpowiedniej siły hamowania i zredukowanie poślizgu. Czujnik Halla używany jest również do pomiaru kąta nachylenia pojazdu przy jeździe pod górę i wspomaganie systemu Hill Holder, którego zadaniem jest automatyczne uruchamianie hamulca w sytuacji staczania się pojazdu. Pomiar kąta nachylenia umożliwia również m.in. regulację położenia reflektorów auta.
Czujnik Halla to funkcjonalny sensor, z którego istnienia niewiele osób zdaje sobie sprawę. Ten niewidoczny przyjaciel ma jednak wiele praktycznych zastosowań. Nie tylko wzbogaca funkcjonalność urządzeń elektronicznych, ale jest jednym z kluczowych elementów systemów bezpieczeństwa samochodu. Zapewne sam Edwin Herbert Hall nie przypuszczał, jak ważne będzie odkrycie, którego dokonał.
