XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

В мире создаются датчики, работа которых основывается на эффекте Холла. Также есть и другие виды датчиков, где используются приемные катушки индуктивности или сверхпроводящие катушки. Но датчики на эффекте Холла являются более недорогими, доступными и имеют маленький размер.

Датчики Холла окружают нас в повседневной жизни, они находятся в клавиатурах, смартфонах, автомобилях и т.д. Они фиксируют колебания магнитных полей, возникающие с токами, и их напряженность. Рассмотрим, что такое датчик Холла, как устроен и типы с описанием где используются.

Как работает датчик Холла

Вспомним, что такое сила Лоренца. Сила Лоренца- сила, с которой магнитное поле действует на заряженную частицу. Эффект Холла является продолжением силы Лоренца. Вернее, относится к ситуации, в которой сила Лоренца действует на электроны, движущиеся в проводнике, так что напряжение возникает между двумя сторонами проводника [2].

Левая и правая сторона подключены к источнику постоянного тока, который проходит через проводник. Если проводник исправен, то без воздействия магнитного поля напряжение в верхней и нижней части проводника будет близким к нулю [2].

Если в системе появляется магнитное поле, то на электроны и дырки в проводнике начинает воздействовать сила Лоренца. Из-за этого частицы начинают отклоняться, а электроны собираются на одной стороне проводника.

Виды эффекта Холла

Квантовый

Квантовый эффект квантуется только в сильно намагниченных полях, которые ведут к смене внутренней структуры двумерной электронной жидкости [3].

Для наблюдения квантового эффекта Холла необходимо создание в полупроводнике двумерного слоя носителей заряда, то есть слоя не имеющего толщины, и охлаждение его до низких температур.

Аномальный

Способен проявляться в ненамагниченных материалах.

В этом методе появление напряжения не обусловлено влиянием магнитного поля. При этом необходимым условием для наблюдения данного эффекта является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе [3].

Спиновой

Наблюдается в ненамагниченных проводниках, которые не переместили в поле действия силовых линий магнита. Смысл заключается в том, что электроны с антипараллельными спинами отклоняются к противоположным краям пластины [3].

Виды датчиков Холла

Аналоговые

Такой вид датчиков изменяет индукцию поля в разность потенциалов. Значение датчика зависит от полярности и его силы. Нужно учитывать, на каком расстоянии находиться датчик [2].

Цифровые

Этот вида рабатает на определение магнитного поля. Если индукция доходит до определенного предела, то датчик дает сигнал на присутствие магнитного поля, а если предел не достигнут, то сигнал равен нулю [2].

Цифровые делятся на два вида:

Униполярные (работают, если есть поле какой-либо полярности, и выключаются при уменьшении индукции) [1].

Биполярные (на изменение полярности поля датчик срабатывает по разному, при одной полярности датчик включается, а при другой – выключается) [1].

Применение

Датчики Холла имеют широкое применение в повседневной жизни. Они идеальный вариант при создании систем контроля частоты вращения чего-либо, от кулеров до двигателей в технике.

Датчики на эффекте Холла доступны и могут использоваться в датчиках скорости вращения (велосипедные колеса, зубья шестерен, автомобильные спидометры, электронные системы зажигания), датчиках потока жидкости и т.д.

Также имеют широкое применение в повседневной жизни. Они идеальный вариант при создании систем контроля частоты вращения чего-либо, от кулеров до двигателей в технике [2].

Датчики используются в бесколлекторных или вентильных электродвигателях, где обеспечивают обратную связь по положению ротора.

Используются датчики Холла и в смартфонах для решения самых разных задач, включая работу цифрового компаса, который применятся в навигационных программах и помогает повышать скорость позиционирования [1].

Список литературы

История появления датчика

[ https://habr.com/ru/company/selectel/blog/555950/ ]

В чем заключается эффект Холла [ https://electroinfo.net/teorija/fiziki-pridumali-kak-vyzvat-kvantovyj-anomalnyj-jeffekt-holla-pochemu-jeto-vazhno-jeffekt-holla-i-ego-primenenie.html#i-9 ]

Какие бывают разновидности эффекта Холла

[ https://wiki.fenix.help/fizika/effekt-kholla ]

Виды датчиков Холла

[ https://habr.com/ru/company/selectel/blog/555950/ ]

Эффект Холла [ https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Холла#Квантовый_эффект_Холла ]

Код для цитирования: Скопировать