Qual é o efeito de Hal?

O princípio do efeito de Hal é nomeado para o físico Edwin Hall. Em 1879 ele descobriu que quando um condutor ou semicondutor com corrente fluindo numa direcção era introduzido perpendicularmente a um campo magnético, uma tensão podia ser medida em ângulos rectos em relação ao trajecto da corrente. A analogia comum popular na altura da descoberta de Hall era de corrente eléctrica num fio para um líquido que fluía num tubo. A teoria de Hall igualava a força magnética sobre a corrente resultando num apinhamento para um lado do “tubo” ou fio. A teoria do campo electromagnético permitiu uma interpretação mais refinada da física responsável pelo efeito de Hall.
Está bem estabelecido que o efeito de Hall resulta da interacção de partículas carregadas, como electrões, em resposta a campos eléctricos e magnéticos. Uma explicação excelente, detalhada mas altamente legível pode ser encontrada em “The Hall Effect Sensors; Theory and Applications” de Ed Ramsden. E também na Wikipedia.

O uso inicial desta descoberta foi para a classificação de amostras químicas. O desenvolvimento de compostos semicondutores de arsenieto de índio nos anos 50 levou aos primeiros instrumentos magnéticos úteis de efeito Hall-. Os sensores de efeito Hall permitiram a medição de campos magnéticos DC ou estáticos sem necessidade de movimento do sensor. Nos anos 60, a popularização dos semicondutores de silício levou às primeiras combinações de elementos Hall e amplificadores integrados. Isto resultou no agora clássico interruptor de saída digital Hall.
A evolução contínua da tecnologia de transdutores Hall viu uma progressão de dispositivos de elemento único para elementos de disposição ortogonal dupla. Isto foi feito para minimizar as deslocações nos terminais de tensão de Hall.

A próxima progressão trouxe os transdutores quadráticos ou de quatro elementos. Estes usaram quatro elementos dispostos ortogonalmente numa configuração de ponte. Todos os sensores de silício desta era foram construídos a partir de processos semicondutores de junção bipolar.

Uma comutação para processos CMOS permitiu a implementação da estabilização do helicóptero para a parte do amplificador do circuito. Isto ajudou a reduzir os erros ao reduzir os erros de offset de entrada no amplificador de op. Todos os erros no circuito estabilizado sem helicóptero resultam em erros no limiar do ponto de comutação para os sensores do tipo digital ou offset e ganham erros nos sensores de saída linear.

A geração actual de sensores CMOS Hall também inclui um esquema que muda activamente a direcção da corrente através dos elementos Hall. Este esquema elimina os erros de desvio típicos dos elementos semicondutores de Hall. Também compensa activamente os erros de desvio induzidos por temperatura e tensão. O efeito global da comutação activa da placa e da estabilização do picador produz sensores de efeito Hall com uma ordem de magnitude de melhoria no desvio de pontos de comutação ou erros de ganho e desvio.

Melexis utiliza o processo CMOS exclusivamente, para melhor desempenho e menor tamanho de chip. Os actuais desenvolvimentos na tecnologia de sensores de efeito Hall podem ser creditados principalmente à integração de circuitos sofisticados de condicionamento de sinal ao Hall IC.

Melexis introduziu o primeiro Hall IC linear programável do mundo. Permite características funcionais programáveis de campo como ganho, offset, coeficiente de ganho de temperatura (para compensar as diferentes dependências térmicas dos materiais magnéticos). Os mais recentes ICs de Hall têm núcleos microcontroladores integrados para fazer um sensor ainda mais “inteligente” com algoritmos programáveis de ROM para processamento de sinais complexos em tempo real.