"Hall-Effekt-Sensor"

  • Fachrichtung:Elektronik
  • Studienfach:
  • Thema:
    Hall-Effekt-Sensor
  • Art der Arbeit:Hausarbeit
  • Seitenzahl:1
  • Einzigartigkeit:93.8%
Seminararbeit
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Einzigartigkeit
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In einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem zu ihm senkrecht orientierten, externen stationären Magnetfeld befindet, bewirkt die durch das Magnetfeld verursachte und auf die Ladungsträger wirkende Lorentz-Kraft die Entstehung einer Differenz der elektrischen Potentiale an den gegenüberliegenden Seiten des Leiters. Die elektrische Spannung fällt dabei senkrecht zum Magnetfeld sowie zur Stromflussrichtung am Leiter ab. Dieser Effekt wurde 1879 von Edwin Hall beschrieben und später nach ihm benannt. Die Spannung, die auch als Hall-Spannung bezeichnet wird, folgt den Strom- und Magnetfeldänderungen mit einer Proportionalitätskonstante, welche die Stärke des Hall-Effekts charakterisiert. Diese Eigenschaft der Hall-Spannung wird in sogenannten Hall-Effekt-Sensoren zur Messung von Magnetfeldern benutzt. Da Materialien mit großer Proportionalitätskonstante eine hohe Empfindlichkeit zeigen, werden dünne Halbleiterschichten für den inneren Aufbau der Hall-Elemente verwendet. Vier Elektroden sind an den Seiten des Sensors angebracht. Zwei gegenüberliegende Elektroden bestimmen den Stromfluss in der Halbleiterschicht, an den anderen zwei wird die Hall-Spannung abgenommen. Ein Magnetfeld, das senkrecht zur Schicht und damit zur Stromflussrichtung angelegt wird, erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zur Magnetfeldstärke ist. Damit lässt sich zum Beispiel der Abstand vom Sensor zur Magnetfeldquelle bestimmen. Weitere Anwendungsbeispiele für die Hall-Effekt-Sensoren sind Winkel-, Geschwindigkeits- und Strommessungen.

Ein analoger Hall-Effekt-Sensor liefert ein Spannungssignal, das zur Magnetfeldstärke proportional ist. Die Signalstärke ist in der Regel niedrig, sodass eine Signalaufbereitungsschaltung notwendig ist, um die Hall-Spannung auf eine technisch verwertbare Größe anzuheben. Die Signalaufbereitungsschaltung besteht aus einer einstufigen Verstärkerschaltung mit Temperaturkompensation, da die Hall-Spannung temperaturabhängig ist. Ein weiterer Parameter, von dem die Hall-Spannung abhängt, ist der Eingangsstrom, der durch das Hall-Element fließt. Ein Stromregler in der Ansteuerung sorgt für den konstanten Stromfluss. Damit wird sichergestellt, dass das Ausgangssignal des Sensors nur auf die Änderungen des Magnetfeldes reagiert.

Die Realisierung einer solchen Auswerteschaltung für den analogen Hall-Effekt-Sensor und ihre Analyse im Hinblick auf die Wahl des Verstärkertyps und seine Charakteristika sowie die Konstruktion der Ansteuerungsschaltung, die unterschiedliche Ausrichtungen des Magnetfeldes berücksichtigt, ist das Ziel dieser Hausarbeit. Die aufgenommenen Ausgangskennlinien des Sensors werden ausführlich analysiert.

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