단열 네거티브 및 포지티브 홀 효과
자기장 속에 놓인 전류가 흐르는 도선에서는 전류와 자기장의 방향에 수직인 방향으로 전압이 유도된다. 이러한 전압이 나타나는 현상을 홀 효과라고 하며, 유도 전압 자체를 홀 전압이라고 합니다.
1879년 미국의 물리학자 에드윈 홀(Edwin Hall, 1855-1938)은 논문을 작성하던 중 흥미로운 효과를 발견했습니다. 그는 직류가 흐르는 얇은 금판을 판면에 수직인 자기장에 두었습니다. 이 경우 판 가장자리 사이에 추가 전기장이 나타났습니다. 나중에 이 현상은 발견자의 이름을 따서 명명되었습니다. 홀 효과는 널리 응용되고 있습니다. 자기장 유도(홀 센서)를 측정하고 전도성 물질의 물리적 특성을 연구하는 데 사용됩니다(홀 효과를 사용하여 전류 캐리어의 농도를 계산할 수 있음). 그들의 표시).
홀 전류 효과 센서 모듈 ACS712 5A
전류 운반체에는 한 방향으로 움직이는 양전하체와 반대 방향으로 움직이는 음전하체의 두 가지 유형이 있습니다.
자기장을 통해 특정 방향으로 이동하는 음성 캐리어는 직선 경로에서 이동하는 경향이 있는 힘을 경험합니다. 동일한 자기장을 통해 반대 방향으로 이동하는 포지티브 캐리어는 네거티브 캐리어와 동일한 방향으로 편향됩니다.
로렌츠 힘의 영향을 받는 모든 전류 캐리어가 도체의 같은 면에 편향된 결과 캐리어 밀도 구배가 설정되고 도체의 한쪽에서 단위 부피당 캐리어 수가 다음보다 커집니다. 반면에.
아래 그림은 두 가지 유형의 반송파 수가 같은 경우 이 프로세스의 전체 결과를 보여줍니다.
여기서 두 종류의 반송파에 의해 발생하는 포텐셜 구배는 서로를 향하여 외부에서 관찰할 경우 그 영향을 감지할 수 없다. 한 유형의 캐리어가 다른 유형의 캐리어보다 더 많으면 캐리어 모집단 기울기가 홀 기울기 전위를 생성하고 그 결과 와이어에 적용된 홀 전압을 감지할 수 있습니다.
단열 음의 홀 효과. 전자만 전하 캐리어인 경우 온도 구배와 전위 구배는 반대 방향을 가리킵니다.
단열 홀 효과. 정공만이 전하 캐리어인 경우 온도 구배와 전위 구배는 같은 방향을 가리킵니다.
홀 전압의 영향으로 와이어를 통과하는 전류가 불가능한 경우 로렌츠 세력에 의해 홀 전압을 통해 평형이 이루어집니다.
이 경우, 로렌츠 힘은 와이어를 따라 캐리어 모집단 구배를 생성하는 경향이 있는 반면, 홀 전압은 와이어 볼륨 전체에 걸쳐 균일한 모집단 분포를 복원하는 경향이 있습니다.
d 전류 및 자기장 방향에 수직인 홀 전기장의 세기(단위 두께당 전압)는 다음 공식에 의해 결정됩니다.
Fz = KzVJ,
여기서 K.z — 홀 계수(부호와 절대값은 특정 조건에 따라 크게 달라질 수 있음) B — 자기 유도 및 J는 도체에 흐르는 전류의 밀도입니다(도체 단면적 단위당 전류 값).
그림은 끝이 배터리에 연결될 때 강한 전류 i를 전도하는 재료 시트를 보여줍니다. 반대쪽의 전위차를 측정하면 왼쪽 그림과 같이 0이 됩니다. 자기장 B가 시트의 전류에 수직으로 가해지면 상황이 바뀌고 오른쪽 그림과 같이 반대쪽 사이에 매우 작은 전위차 V3가 나타나는 것을 볼 수 있습니다.
«단열»이라는 용어는 외부에서 고려 중인 시스템으로 또는 시스템에서 열 흐름이 없는 조건을 설명하는 데 사용됩니다.
열과 전류가 가로 방향으로 흐르는 것을 방지하기 위해 와이어 양쪽에 절연 재료 층이 있습니다.
홀 전압은 캐리어의 불균일한 분포에 의존하기 때문에 에너지가 신체 외부의 어떤 소스에서 공급되는 경우에만 신체 내부에서 유지될 수 있습니다.이 에너지는 물질에 초기 전류를 생성하는 전기장에서 나옵니다. 갈바노자성 물질에는 두 가지 전위 구배가 설정됩니다.
초기 전위 기울기는 물질의 저항을 곱한 초기 전류 밀도로 정의되며, 홀 전위 기울기는 초기 전류 밀도에 홀 계수를 곱한 값으로 정의됩니다.
이 두 기울기는 서로 수직이기 때문에 벡터 합을 고려할 수 있으며 그 방향은 원래 전류 방향에서 약간의 각도만큼 벗어날 것입니다.
전류 방향으로 향하는 전기장과 전류 방향으로 생성된 전기장의 비율에 의해 결정되는 이 각도를 홀 각도라고 합니다. 어떤 반송파가 우세한지(양수인지 음수인지)에 따라 전류의 방향과 관련하여 양수 또는 음수가 될 수 있습니다.
홀 효과 근접 센서
홀 효과는 전도 물질의 일반적인 물리적 특성에 따라 달라지는 주된 염분을 가진 운반체의 영향 메커니즘을 기반으로 합니다. 금속 및 n형 반도체의 경우 전자는 p형 반도체인 정공의 경우 캐리어입니다.
전류가 흐르는 전하는 전자와 같은 방향으로 편향됩니다. 정공과 전자의 농도가 같으면 서로 반대되는 두 개의 홀 전압을 생성합니다. 농도가 다른 경우 이 두 홀 전압 중 하나가 우세하며 측정할 수 있습니다.
포지티브 캐리어의 경우 로렌츠 힘의 영향으로 캐리어 편향에 대응하는 데 필요한 홀 전압은 네거티브 캐리어의 해당 전압과 반대입니다. n형 금속 및 반도체에서 이 전압은 외부 장이나 온도가 변할 때 부호가 바뀔 수도 있습니다.
홀 센서는 홀 효과를 감지하고 그 결과를 데이터로 변환하도록 설계된 전자 장치입니다. 이 데이터는 회로를 켜고 끄는 데 사용할 수 있고 컴퓨터에서 처리할 수 있으며 장치 제조업체 및 소프트웨어에서 제공하는 다양한 효과를 유발할 수 있습니다.
실제로 홀 센서는 기계 시스템의 접근, 속도 또는 변위와 같은 변수를 감지하기 위해 자기장을 사용하는 간단하고 저렴한 마이크로 회로입니다.
홀 센서는 비접촉식으로 물리적 요소와 접촉할 필요가 없으며 설계 및 목적에 따라 디지털 또는 아날로그 신호를 생성할 수 있습니다.
홀 효과 센서는 휴대폰, GPS 장치, 나침반, 하드 드라이브, 브러시리스 모터, 공장 조립 라인, 자동차, 의료 기기 및 많은 사물 인터넷 장치에서 찾을 수 있습니다.