Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 17 Hallův článek Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 HALLŮV ČLÁNEK... 2 1.1 HALLŮV JEV... 2 1.2 HALLŮV ČLÁNEK... 2 1.3 POUŽITÍ HALLOVA ČLÁNKU... 3 1.4 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem Hallova článku. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Hallův článek 1.1 Hallův jev Tato elektronická součástka je založena na tzv. Hallovu jevu. Tento efekt objevil americký fyzik Edvin Herbert Hall již v roce 1879. V principu jde o to, že přivedeme-li na určitý polovodič (vodič) napětí a vystavíme-li ho působení magnetického pole, získáme na jeho koncích napěťový rozdíl. Obrázek 1 - Hallův jev 1.2 Hallův článek Hallův článek je polovodič, který funguje na bázi Hallova jevu. Je nejčastěji tvořen tenkou polovodičovou destičkou obdélníkového tvaru. Destička je opatřena dvěma páry kontaktů, kde široké kontakty slouží pro přívod proudu, úzké kontakty (příčně uložené) slouží k odvádění výstupního Hallova napětí U h. Pokud nepůsobí magnetické pole na destičku, pak jsou elektrony v destičce rozloženy rovnoměrně a Hallovo napětí Uh nevzniká (Uh = 0). Když ovšem působí magnetické pole na pohybující se nosiče náboje silou kolmou ke směru jejich pohybu, potom stlačuje elektrony k jedné straně destičky. V důsledku tohoto jevu vzniká na úzkých kontaktech rozdíl potenciálů, což je Hallovo napětí U h. R H Hallova materiálová konstanta d tloušťka polovodiče U h Hallovo napětí Obrázek 2 - vztah pro Hallovo napětí 2
1.3 Použití Hallova článku Měření a automatická regulace magnetických polí, měření velkých stejnosměrných proudů (stejnosměrné klešťové ampérmetry), při měření magnetických veličin, řízení velkých motorů, bezkontaktní spínače, snímače otáček a polohy a další. Pro Hallovu sondu je charakteristický lineární vzrůst velikosti Hallova napětí naprázdno se zvětšující se magnetickou indukcí, jestliže se procházející proud nemění. Obrázek 3 - Hallův snímač Je-li Hallovo napětí zpracováno třeba jako spínací signál, máme s pomocí malých magnetů vytvořený bezdotykový spínač. Hallův snímač lze integrovat do jediného čipu, který zpracuje a vyhodnotí vlastní signál. Signál má pravoúhlý tvar s napětím kolem 5 V nebo 12 V podle provedení a s napětím blížícím se 0V. Obrázek 4 - Halův snímač otáček a průběh 1.4 Kontrolní otázky 1. Vysvětlete tzv. Hallův jev. 2. Z čeho se skládá Hallův článek a jak funguje? 3. K čemu se Hallův článek používá? 4. Definujte vztah pro Hallovo napětí. 5. Jak pracuje Hallův snímač otáček. 6. Jaký je časový průběh Hallova snímače? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - HALLŮV JEV... 2 OBRÁZEK 2 - VZTAH PRO HALLOVO NAPĚTÍ... 2 OBRÁZEK 3 - HALLŮV SNÍMAČ... 3 OBRÁZEK 4 - HALŮV SNÍMAČ OTÁČEK A PRŮBĚH... 3 6