Sensor Efek Hall
Sensor efek hall mendeteksi kekuatan medan magnet dan arah magnet permanen atau elektromagnet. Keluaran sensor efek hall merupakan fungsi dari medan magnetnya dan dapat mendeteksi medan magnet positif maupun negatif.
Prinsip Kerja Sensor Efek Hall
Medan magnet eksternal mengaktifkan sensor efek hall. Medan magnet diwakili dengan kerapatan fluks (B) dan kutub magnetnya, seperti kutub utara atau kutub selatan. Magnet di sekitar sensor efek hall menentukan sinyal keluarannya. Ketika kerapatan fluks magnet sekitar melebihi nilai ambang batas yang telah ditentukan, sensor menghasilkan tegangan Hall, VH.
Sensor semikonduktor adalah semikonduktor tipe p seperti gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InAs) dan indium antimonide (InSb) yang menghantarkan arus searah. Bahan semikonduktor mengalami gaya dengan adanya medan magnet, menyebabkan elektron dan lubang berpindah ke sisi lapisan semikonduktor. Ketika elektron dan lubang bergerak ke kedua sisi, timbul perbedaan potensial antara sisi-sisi semikonduktor yang berbeda. Pada material persegi panjang datar, medan magnet luar yang tegak lurus terhadap material semikonduktor memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap mobilitas elektron.
Efek hall menunjukkan jenis kutub magnet dan kekuatan medannya. Misalnya, ada tegangan pada salah satu kutub magnet, tetapi tidak pada kutub lainnya. Sensor efek hall biasanya “mati” dan bertindak seperti sirkuit terbuka ketika tidak ada medan magnet. Mereka ditutup hanya di bawah medan magnet yang sangat terpolarisasi (rangkaian tertutup).
Karakteristik Sensor Magnetik Efek Hall
Tegangan aula (V H ) dari sensor efek hall adalah fungsi dari kekuatan medan magnetnya (H). Sebagian besar perangkat efek hall komersial menyertakan amplifier DC, rangkaian logika switching, dan pengatur tegangan di dalamnya untuk meningkatkan sensitivitas sensor dan tegangan keluaran. Hal ini memungkinkan sensor efek hall menangani lebih banyak daya dan medan magnet.
Diagram Rangkaian Sensor Magnetik Efek Hall
Sensor semi-aktif memiliki keluaran linier atau digital. Tegangan keluaran sensor linier berhubungan langsung dengan medan magnet yang mengalir melalui sensor hall dan dikeluarkan oleh penguat operasional.
Persamaan Tegangan Efek Hall
Persamaan tegangan keluaran diberikan oleh:
Di sini, V H menunjukkan tegangan aula, R H menunjukkan koefisien efek hall, I menunjukkan arus, t menunjukkan ketebalan dan B menunjukkan kerapatan fluks magnet. Sensor linier atau analog menghasilkan tegangan konstan yang meningkat dengan kuatnya medan magnet dan menurun dengan lemahnya medan magnet. Dalam sensor efek hall, seiring dengan meningkatnya kekuatan medan magnet, sinyal keluaran penguat meningkat hingga catu daya jenuh. Meningkatkan medan magnet menyebabkan keluaran menjadi jenuh tetapi tidak berpengaruh:
Ketika keluaran sensor hall melebihi tingkat fluks magnet yang telah ditentukan yang mengalir melaluinya, kontak beralih dengan cepat dari keadaan “tertutup” ke keadaan “terbuka” tanpa memantul. Histeresis internal ini mencegah sinyal keluaran berosilasi saat sensor bergerak ke dalam medan magnet. Artinya sensor keluaran digital hanya memiliki status “on” dan “off”.
Jenis Sensor Efek Hall
Sensor efek hall dapat terdiri dari dua jenis: sensor efek hall bipolar dan sensor efek hall unipolar. Sensor unipolar dapat beroperasi dan mengeluarkan muatan ketika memasuki dan keluar medan magnet dengan kutub magnet selatan yang sama, sedangkan sensor bipolar memerlukan medan magnet positif dan negatif untuk beroperasi dan dikeluarkan. Karena kemampuan penggerak keluaran 10-20mA, sebagian besar perangkat efek hall tidak dapat secara langsung mengalihkan beban arus tinggi. Untuk beban arus yang besar, transistor NPN ditambahkan pada output dengan susunan kolektor terbuka.
Penerapan Sensor Efek Hall
Sensor efek hall DIAKTIFKAN ketika ada medan magnet dan dikendalikan oleh satu jenis magnet permanen pada poros atau gadget yang bergerak. Untuk memaksimalkan sensitivitas, garis fluks magnet harus tegak lurus terhadap bidang sensor dan dengan polarisasi yang benar di semua konfigurasi.
1: Langsung Deteksi
Hal ini memerlukan medan magnet yang tegak lurus terhadap detektor efek hall, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Teknik ini menghasilkan sinyal keluaran, V H , yang mengukur kerapatan fluks magnet pada perangkat linier sebagai fungsi jarak dari sensor efek hall. Tegangan keluaran meningkat seiring dengan kekuatan medan magnet dan kedekatannya.
2: Deteksi Ke Samping
Hal ini memerlukan fluks magnet tidak langsung sementara magnet bergerak ke samping melintasi elemen efek hall.
Sensor lateral atau bergerak dapat mengukur kecepatan putaran magnet atau motor dengan mendeteksi medan magnet yang meluncur pada permukaan elemen Hall pada jarak tertentu dari celah udara.
Tegangan keluaran linier positif atau negatif dapat dihasilkan tergantung pada posisi medan magnet yang melewati garis tengah medan nol sensor. Ini menentukan gerakan vertikal dan horizontal.
3: Kontrol Posisi
Detektor posisi tetap dalam keadaan “mati” ketika tidak ada medan magnet. Segera setelah kutub selatan magnet bergerak tegak lurus ke sekitar sensor efek hall, perangkat akan menyala “on” dan LED menyala. Saat dihidupkan, sensor efek hall berada dalam kondisi “ON”.
Untuk mematikan LED, medan magnet harus turun di bawah titik pemicu minimum yang dapat dideteksi, atau dapat juga dihadapkan pada kutub utara yang berlawanan dengan nilai gauss negatif.
Kesimpulan
Sensor efek hall digunakan untuk mendeteksi arah serta kekuatan medan magnet. Mereka digunakan dalam berbagai macam aplikasi termasuk otomotif, penginderaan jarak, head on, sideways dan deteksi posisi untuk medan magnet yang berbeda.