{"id":47390,"date":"2022-05-27T06:57:09","date_gmt":"2022-05-27T06:57:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dewetron.com\/news\/vielseitig-und-robust-der-hall-sensor\/"},"modified":"2025-02-04T12:41:15","modified_gmt":"2025-02-04T12:41:15","slug":"vielseitig-und-robust-der-hall-sensor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.dewetron.com\/de\/news\/vielseitig-und-robust-der-hall-sensor\/","title":{"rendered":"Vielseitig und robust: der Hall-Sensor"},"content":{"rendered":"
\n
\n
\n
\n

<\/h2>\n
\n

Die F\u00fcllstandmessung Ihres Autos, Klapph\u00fcllen f\u00fcr Smartphones und Stromzangen. Diese drei Dinge haben eines gemeinsam: Sie alle nutzen Hall-Sensoren, um ihre Funktion verl\u00e4sslich auszu\u00fcben.<\/p>\n

Hall-Sensoren sind Sensoren zur Detektion von Magnetfeldern. Doch wie funktionieren Hall-Sensoren und wie kann man sich die Vielzahl an komplett unterschiedlichen Anwendungsgebieten erkl\u00e4ren? Um diese Fragen zu kl\u00e4ren, m\u00fcssen wir zuerst einen Blick auf den physikalischen Hall-Effekt werfen. Dieser bildet die theoretische und praktische Grundlage jedes Hall-Sensors.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

\n
\n
\n
\n

Der Hall-Effekt<\/h2>\n
\n

L\u00e4sst man Strom durch einen gew\u00f6hnlichen Leiter flie\u00dfen, bewegen sich die Ladungstr\u00e4ger (aus welchen der Strom zusammengesetzt ist) geradlinig durch das Material. Dies bedeutet, dass Ladungstr\u00e4ger wie z.B. Elektronen, durch nichts von ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt werden. Dies ist der Normalfall, den wir aus dem Alltag und Schulunterricht kennen. Dargestellt ist jener in der untenstehenden Abbildung.<\/p>\n

Dieser geradlinige Ladungsfluss kann jedoch gest\u00f6rt werden, n\u00e4mlich indem man mit einer Kraft auf die Ladungstr\u00e4ger wirkt. Doch wie will man auf jedes einzelne Elektron eine Kraft aus\u00fcben? Dazu verwendet man ein Magnetfeld. Jeder sich bewegende Ladungstr\u00e4ger erf\u00e4hrt in einem Magnetfeld eine Kraft, welche senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung und dem einwirkenden Magnetfeld ist. Dies ist der sogenannte Lorenz-Effekt.<\/p>\n

L\u00e4sst man also einen Strom durch einen Leiter flie\u00dfen und stellt diesen Leiter gleichzeitig in ein externes Magnetfeld, werden die Ladungstr\u00e4ger von ihrer geraden Bahn abgelenkt. Zeigt das Magnetfeld beispielsweise in die von den roten Pfeilen dargestellte Richtung (siehe Abbildung unterhalb), so werden die Ladungen nach oben abgelenkt. Dadurch sammeln sich immer mehr Ladungen am oberen Ende des Leiters und es entsteht eine elektrische Spannung. Diesen Effekt nennt man Hall-Effekt: Ein elektrischer Leiter im Magnetfeld produziert eine Spannung senkrecht zur Stromrichtung.
\n <\/p>\n

\"Hall-Effekt\"<\/p>\n

Der Hall-Effekt. Links: Ungest\u00f6rter Stromfluss, rechts: Stromfluss im Magnetfeld<\/em><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

\n
\n
\n
\n

Realisierung des Hall-Sensors<\/h2>\n
\n

Wie vorhin beschrieben, tritt der Hall-Effekt nur auf, wenn ein Strom flie\u00dfen kann. Naheliegend ist daher die Verwendung von metallischen Leiterplatten als Hall-Sensoren. Noch ausgepr\u00e4gter ist der Hall-Effekt jedoch bei Halbleitern. In der Praxis besteht ein Hall-Sensor deshalb aus einer d\u00fcnnen Halbleiterschicht.<\/p>\n

Seitlich an diesen Halbleiter m\u00fcssen zumindest vier Elektroden angebracht werden. Zwei dieser Elektroden sind f\u00fcr den Stromfluss durch den Halbleiter zust\u00e4ndig, die anderen zwei Kontakte greifen die Hall-Spannung senkrecht zum Strom ab.<\/p>\n

Die Hall-Spannung, die bei einem Silizium-Hall-Sensor abgegriffen werden kann, liegt in den meisten F\u00e4llen im Millivolt Bereich und ist damit relativ gering. Au\u00dferdem weisen Halbleiter eine merkliche Temperaturabh\u00e4ngigkeit auf, wodurch der Messwert verf\u00e4lscht werden kann. Um diesen Umst\u00e4nden gerecht zu werden, sind Hall-Sensoren meist als komplette integrierte Schaltkreisen (engl. IC, integrated circuit) erh\u00e4ltlich. Diese IC beinhalten zus\u00e4tzlich zum Sensor auch noch Operationsverst\u00e4rker und Temperaturkompensationen.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>\n\n\n

\n
\n
\n
\n

Vielseitige Anwendungsgebiete<\/h2>\n
\n

Magnetfelder sind etwas, das die meisten Personen nur von ihren K\u00fchlschrankmagneten oder von Kompassen kennen. Doch wenn man genauer hinsieht, sind \u00fcberall in unserem Alltagsleben Magnete versteckt, welche von Hall-Sensoren gemessen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Grade aufgrund der Unempfindlichkeit bez\u00fcglich (nichtmagnetischem) Staub, Fl\u00fcssigkeiten und der sehr kleinen Bauform, sind Hall-Sensoren sehr beliebt. Vielf\u00e4ltige Anwendungen finden sich z.B. in der Automobilbranche:<\/p>\n