Hall-virta-anturi on anturi, jota käytetään yleisesti virran mittaamiseen. Se käyttää Hall-ilmiötä virran mittaamiseen. Hall-ilmiö tarkoittaa, että kun johdin kulkee tietyn magneettikentän läpi, virta tuottaa jännite-eron suuntaan, joka on kohtisuorassa magneettikentän ja virran suuntaan.
Hall-virta-anturin mittausperiaatteen selventämiseksi yksityiskohtaisesti voimme selittää sen seuraavista näkökohdista: Hall-ilmiö, Hall-virtaanturin rakenne ja toimintaperiaate sekä anturin ominaisuudet ja sovellukset.
1. Hall-efekti
Kun johdin tai puolijohdemateriaali kulkee magneettikentän läpi, magneettikentän suuntaan ja virran suuntaan kohtisuorassa olevat komponentit aiheuttavat varauksen erottumisen, mikä johtaa potentiaalieroon molemmilla puolilla. Tätä ilmiötä kutsutaan Hall-ilmiöksi.
Hall-ilmiö syntyy, koska Lorentzin voima vaikuttaa kantajiin. Lorentz-voimalla tarkoitetaan voimaa, jonka kokee magneettikentän läpi kulkeva virta. Kun magneettikenttä ja virta ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, Lorentz-voima poikkeuttaa elektroneja tai reikiä johtimen sisällä ja luo potentiaalieron johtimen molemmille puolille.
2. Hall-virtaanturin rakenne
Hall-virta-anturit koostuvat yleensä kolmesta osasta: Hall-elementistä, magneettipiirin rakenteesta ja lähtöpiiristä.
2.1 Hall-elementti: Hall-elementti on anturin ydinosa. Se koostuu yleensä Hall-sirusta. Hall-elementissä on erityinen puolijohderakenne, joka sisältää virransiirtoalueen, Hallin toiminta-alueen ja jännitteenmittausalueen. Kun virta kulkee anturin läpi, Lorentzin voima vaikuttaa Hallin aktiiviseen alueeseen, mikä aiheuttaa Hall-potentiaalin.
2.2 Magneettipiirin rakenne: Magneettipiirin rakennetta käytetään pääasiassa ohjaamaan magneettikentän jakautumista ja välittämään se Hall-elementtiin. Magneettipiirin rakenne koostuu yleensä rautasydämestä, magneettikentän säätökomponenteista ja magneettikentän suojakomponenteista. Rautasydäntä käytetään ohjaamaan magneettikenttälinjoja, magneettikentän säätöelementtiä käytetään magneettikentän voimakkuuden ja suunnan säätämiseen, ja magneettikentän suojaelementtiä käytetään vähentämään ulkoisten magneettikenttien häiriöitä.
2.3 Lähtöpiiri: Lähtöpiiriä käytetään Hall-potentiaalin mittaamiseen ja vahvistamiseen sekä sen muuntamiseen virta- tai jännitesignaaliksi. Lähtöpiiri koostuu yleensä operaatiovahvistimesta, suodatinpiiristä ja vahvistinpiiristä. Lähtöpiirin prosessoinnilla voidaan saada tulovirtaan verrannollinen jännitesignaali, mikä toteuttaa virran mittauksen.
