La mesure de niveau de votre voiture, les coques flip pour smartphones et les pinces de courant. Ces trois choses ont une chose en commun : ils utilisent tous des capteurs à effet Hall pour remplir leur fonction de manière fiable.
Les capteurs à effet Hall sont des capteurs pour détecter les champs magnétiques. Mais comment fonctionnent les capteurs à effet Hall et comment expliquer la multitude d’applications complètement différentes ? Pour répondre à ces questions, nous devons d’abord jeter un coup d’œil à l’effet Hall physique. L’effet Hall est la base théorique et pratique de chaque capteur à effet Hall.
L’effet Hall
Si le courant est autorisé à circuler à travers un conducteur ordinaire, les porteurs de charge (dont le courant est composé) se déplacent en ligne droite à travers le matériau. Cela signifie que les porteurs de charge, tels que les électrons, ne sont pas déviés de leur trajectoire en ligne droite. C’est le cas normal, que nous connaissons de la vie quotidienne et de l’école. On peut le voir dans la figure ci-dessous.
Cependant, ce flux de charge linéaire peut être perturbé en appliquant une force aux porteurs de charge. Mais comment exercer une force sur chaque électron ? À cette fin, un champ magnétique est utilisé. Chaque porteur de charge en mouvement subit une force dans un champ magnétique, qui est perpendiculaire à sa direction de mouvement et au champ magnétique agissant. C’est ce qu’on appelle l’effet Lorenz.
Ainsi, si un courant est autorisé à circuler à travers un conducteur et que ce conducteur est placé dans un champ magnétique externe. les porteurs de charge sont déviés de leur trajectoire droite. Si le champ magnétique pointe dans la direction indiquée par les flèches rouges ci-dessous, les charges se déplacent vers le haut. Cependant, comme maintenant les charges s’accumulent à l’extrémité supérieure du conducteur, une tension électrique se produit. Cet effet est appelé effet Hall: un conducteur électrique dans un champ magnétique produit une tension perpendiculaire à la direction du courant.
Principe de l’effet Hall. A gauche : flux de courant non perturbé, à droite : flux de courant en champ magnétique
Réalisation du capteur Hall
Comme décrit ci-dessus, l’effet Hall ne se produit que lorsqu’un courant peut circuler. Par conséquent, il est évident d’utiliser des plaques conductrices métalliques comme capteurs à effet Hall. Cependant, l’effet Hall est encore plus prononcé dans les semi-conducteurs. En pratique, une fine couche semi-conductrice constitue un capteur à effet Hall.
Au moins quatre électrodes doivent être fixées sur le côté de ce semi-conducteur. Deux de ces électrodes sont responsables du flux de courant à travers le semi-conducteur . Les deux autres contacts captant la tension à effet Hall perpendiculaire au courant.
La tension à effet Hall produite par un capteur à effet Hall à base de silicium est dans la plupart des cas de l’ordre du millivolt et donc relativement faible. En outre, les semi-conducteurs présentent une dépendance notable à la température, ce qui peut fausser la mesure. Pour répondre à ces circonstances, les capteurs à effet Hall sont généralement disponibles sous forme de circuits intégrés complets (CI). En plus du capteur, ces circuits intégrés contiennent également des amplificateurs opérationnels et des compensations de température.
Large gamme d’applications
Les champs magnétiques sont quelque chose que la plupart des gens ne connaissent que par les aimants ou les boussoles de leur réfrigérateur. Mais si vous regardez de plus près, les aimants se cachent partout dans notre vie quotidienne. On peut les détecter en utilisant des capteurs à effet Hall.
Notamment en raison de leur immunité à la poussière (non magnétique), aux liquides et de leur très petite taille, les capteurs à effet Hall sont très populaires. L’industrie automobile en particulier a beaucoup d’applications pour les capteurs à effet Hall:
- La boucle de ceinture de sécurité de votre voiture utilise des capteurs Hall pour vérifier si vous portez une ceinture de sécurité.
- La mesure du régime de votre voiture est basée sur l’effet Hall. À chaque tour de roue, un aimant qui y est attaché passe également devant un capteur à effet Hall.
- Un aimant est autorisé à flotter à la surface du liquide, pour déterminer le niveau de votre réservoir. Si le réservoir se remplit, l’aimant s’approche du capteur à effet Hall monté en haut, qui fournit un signal.
Les housses à rabat pour téléphones cellulaires ou tablettes contiennent souvent des aimants. Lorsque le couvercle rabattable se ferme, un capteur à effet Hall dans l’appareil détecte l’aimant et active le mode veille.
Les pinces actuelles offrent une autre application. Là, l’effet Hall sert à mesurer le champ magnétique produit par le câble d’alimentation. Ainsi, des pinces de courant peuvent être réalisées, qui sont également capables de mesurer le courant continu.
En outre, les capteurs à effet Hall ont des applications dans de nombreux autres domaines, par exemple en tant que commutateurs dans les systèmes électroniques. Un capteur à effet Hall est également un moyen pratique de réaliser des applications assez classiques telles que les boussoles ou la mesure de champs magnétiques spatiaux.
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