Hallgenerator / Hallsonde
Nach dem Elektrisches Feld entsteht um einen stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld. Wirkt nun ein zweites äußeres Magnetfeld auf den Leiter, dann überlagern sich die beiden Magnetfelder. Bei gleicher Feldrichtung verdichten sich die Feldlinien. Bei entgegengesetzter Feldrichtung werden die Feldlinien abgeschwächt. Diese magnetische Kraft wird Lorentzkraft genannt.
Halleffekt
Die Lorentzkraft wirkt auf die Elektronen des stromdurchflossenen Leiters. Sie werden abgelenkt. Verwendet man ein Leiterplättchen, dann entsteht auf der einen Seite ein Elektronenmangel und auf der anderen Seite ein Elektronenüberschuss. Diese Ladungsverschiebung erzeugt ein elektrisches Feld. Dieser Effekt wird Halleffekt genannt. Er wurde 1879 von Edwin Herbert Hall entdeckt und nach ihm benannt.
Hallgenerator
Der Hallgenerator besteht aus einem Leiterplättchen und einem Steuerstromkreis. Zusammen mit einem äußeren Magnetfeld bildet sich daraus der Hallgenerator.
Innerhalb des Hallgenerators wirken das elektrische Feld und die Lorentzkraft gegeneinander. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen den Kräften. Senkrecht zum Steuerstromkreis kann eine elektrische Spannung gemessen werden. Sie wird als Hallspannung bezeichnet.
Hallspannung
Die Hallspannung ist proportional zur magnetischen Flussdichte und zur Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger.
Die Hallspannung ist abhängig von der Anzahl der freien Ladungsträger. Je mehr freie Ladungsträger, desto höher die Hallspannung.
Hallsonde
Wird der Steuerstrom durch den Hallgenerator konstant gehalten, dann kann man damit Magnetfelder messen. Den Hallgenerator bezeichnet man dann als Hallsonde.
Werkstoff für den Hallgenerator
Da die Anzahl der freien Ladungsträger eine große Rolle spielt, ist der Werkstoff von entscheidender Bedeutung. Es gibt Werkstoffe, die mehr freie Ladungsträger haben und es gibt Werkstoffe, die weniger freie Ladungsträger haben. Gute elektrische Leiter haben eine zu große Elektronendichte. Deshalb ist auch die Geschwindigkeit der Elektronen zu gering. Bevorzugt werden die Halbleiter Indiumantimonid (InSb) und Indiumarsenid (InAs). Sie weisen eine hohe Elektronenbeweglichkeit bei einer kleinen Anzahl an freien Ladungsträgern auf.
Schaltzeichen des Hallgenerators
Anwendungen
- berührungsloses Messen von Gleichströmen
- kontaktloses Signalisieren
- Bewegungssteuerung
- Analogmultiplexer für zwei elektrische Größen
- Drehzahlregelung von Motoren
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