1. Qu'est-ce que l'effet Hall ?

L'effet Hall est provoqué par l'interaction entre les champs électriques et magnétiques correspondants de particules chargées (comme les électrons). Pour une compréhension plus claire et intuitive, vous pouvez consulter le schéma animé du principe de l'effet Hall ci-dessous.

2. Principe de l'effet Hall

Lorsqu'une plaque conductrice est connectée à un circuit contenant une batterie, le courant commence à circuler. Les porteurs de charge se déplacent linéairement d'une extrémité à l'autre de la plaque. Ce mouvement génère un champ magnétique. Lorsqu'un aimant est placé à proximité de la plaque, le champ magnétique des porteurs de charge est déformé, ce qui perturbe leur flux rectiligne. La force qui perturbe la direction du flux des porteurs de charge est appelée force de Lorentz.

En raison de la distorsion du champ magnétique des porteurs de charge, les électrons chargés négativement sont déviés vers un côté de la plaque, tandis que les trous chargés positivement sont déviés vers l'autre côté. Une différence de potentiel, appelée tension de Hall, est générée entre les deux côtés de la plaque et peut être mesurée à l'aide d'un instrument.

Effet Hall et force de Lorentz : la flèche bleue B représente le champ magnétique traversant verticalement la plaque conductrice

Le principe de l'effet Hall stipule que lorsqu'un conducteur ou un semi-conducteur porteur de courant est introduit dans un champ magnétique perpendiculaire, une tension peut être mesurée à une position perpendiculaire au trajet du courant.

La tension de Hall, notée VH, est donnée par la formule :

· VH est la tension de Hall sur la plaque conductrice

· I est le courant traversant le capteur

· B est l'intensité du champ magnétique

· q est la charge

· n est le nombre de porteurs de charge par unité de volume

· d est l'épaisseur du capteur

3. Principe des capteurs à effet Hall

Lorsque la densité de flux magnétique autour du capteur dépasse un seuil prédéfini, le capteur le détecte et génère une tension de sortie appelée tension de Hall (VH). Le principe spécifique est illustré dans la figure ci-dessous.

Un capteur à effet Hall est essentiellement constitué d'une fine pièce rectangulaire de matériau semi-conducteur de type p, tel que l'arséniure de gallium (GaAs), l'antimoniure d'indium (InSb) ou l'arséniure d'indium (InAs), à travers laquelle passe un courant continu.

Schéma de principe du capteur à effet Hall

Lorsqu'un capteur à effet Hall est placé dans un champ magnétique, les lignes de flux magnétique exercent une force sur le matériau semi-conducteur, provoquant la déviation des porteurs de charge (électrons et trous) de part et d'autre de la plaque semi-conductrice. Ce mouvement des porteurs de charge résulte de la force magnétique qu'ils subissent lorsqu'ils traversent le matériau semi-conducteur.

Lorsque ces électrons et ces trous se déplacent latéralement, une différence de potentiel se crée entre les deux faces du matériau semi-conducteur en raison de l'accumulation de ces porteurs de charge. Le mouvement des électrons à travers le matériau semi-conducteur est alors affecté par un champ magnétique externe perpendiculaire à celui-ci, et cet effet est plus prononcé dans les matériaux rectangulaires plats.

L'effet Hall fournit des informations sur le type de pôle magnétique et l'intensité du champ magnétique. Par exemple, un pôle sud entraînera la production d'une tension de sortie par l'appareil, tandis qu'un pôle nord n'aura aucun effet. Généralement, les capteurs et interrupteurs à effet Hall sont conçus pour être en circuit ouvert (arrêt) en l'absence de champ magnétique. Ils ne s'activent (circuit fermé) que lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique d'intensité et de polarité suffisantes.

4. Capteurs à effet Hall

Dans sa forme la plus simple, le capteur fonctionne comme un capteur analogique, renvoyant directement une tension. Un champ magnétique connu permet de déterminer la distance par rapport à la plaque Hall. Un groupe de capteurs permet de déduire la position relative de l'aimant.

Habituellement, les capteurs à effet Hall sont associés à des circuits permettant le fonctionnement numérique (marche/arrêt) de l'appareil. Dans cette configuration, on les appelle interrupteurs. La figure ci-dessous montre une roue munie de deux aimants passant devant un capteur à effet Hall.