Lezione 4 Trasduttori ad effetto Hall e magnetoresistori
Trasduttori ad effetto Hall L’effetto Hall Trasduttori (di induzione magnetica) ad effetto Hall Funzionamento Sensibilità Cause di incertezza Magnetoresistori
L’effetto Hall
Effetto Hall
FHall e FCoulòmb
Equilibrio delle forze
Campo elettrico E e tensione di Hall VH
Velocità dei portatori di carica
Velocità dei portatori di carica
Tensione di Hall ed induzione B
Tensione di Hall ed induzione B
Disposizione elettrodi
Sensibilità Si è visto che la tensione prodotta è data da: Per ottenere elevate sensibilità bisogna agire sul rapporto i / q n s : s : si realizzano spessori molto piccoli (fino a pochi nm) mediante tecniche avanzate quali lo “sputtering” q n : si ricorre a semiconduttori a basso drogaggio con portatori dominanti di tipo n i : si forzano correnti relativamente elevate applicando elevate tensioni alla basetta
Sensibilità e cause di incertezza Sensibilità: elevata sensibilità Û bassa densità pdc materiale semiconduttore monocristallino e poco drogato Cause di incertezza: la temperatura modifica la densità pdc spessore del semiconduttore allineamento elettrodi
Allineamento elettrodi
Media per tre coppie di elettrodi
14 - 20 euro
L’angolo di Hall ed i magnetoresistori
Mobilità dei portatori di carica v v v E Da un punto di vista macroscopico consideriamo che i portatori di carica, sotto l’effetto del campo elettrico applicato dall’esterno, si muovono di moto rettilineo uniforme e definiamo “mobilità dei portatori di carica” (m) il rapporto fra la velocità dei portatori e la intensità del campo elettrico che tiene in movimento le cariche stesse:
Angolo di Hall B E La traiettoria “microscopica” delle cariche in movimento è curvilinea con un raggio di curvatura che risulta diminuire mano a mano che la velocità aumenta. Quando il portatore di carica collide con un atomo si ferma, quindi riprende il suo movimento secondo la direzione del campo elettrico principale. Appena è in movimento ricomincia a risentire dell’azione della forza di Hall che inizia a deviare sempre più la sua traiettoria.
Angolo di Hall La traiettoria “macroscopica” delle cariche in movimento è deviata di un angolo qH rispetto alla direzione del campo elettrico principale.
Angolo di Hall In realtà la forza di Hall media è normale alla traiettoria “macroscopica”
Sensibilità
Magnetoresistori
Magnetoresistori
Magnetoresistori
Magnetoresistori L’accumulo di cariche alla faccia inferiore crea un effetto che contrasta la libera circolazione delle altre cariche in modo analogo a quanto visto con i sensori ad effetto Hall.
Magnetoresistori Per contrastare l’effetto di accumulo si potrebbe limitare l0 ma: le resistenze sarebbero di piccolo valore, quindi: - piccole variazioni assolute, - problemi di misurazione non trascurabili.
Disco di Corbino Orso Mario Corbino (1876 - 1937)
Orso Mario Corbino (1876 - 1937) Presidente del Consiglio Superiore delle acque e dei Lavori Pubblici nel 1917, Senatore del Regno dal 1920, fu ministro della Pubblica Istruzione nel 1921-1922 (nel governo Bonomi I) e ministro dell'Economia Nazionale nel 1923-1924 (chiamato a tale incarico da Mussolini, pur non essendo iscritto al partito fascista). Dopo la morte di Blaserma inoltre ottenne la cattedra dell'Istituto di fisica sperimentale e dell'Istituto di Via Panisperna dal 1918 al 1937.
Disco di Corbino
Magnetoresistori La geometria più adatta alla realizzazione di un trasduttore è quella del parallelepipedo già studiato, ma come contrastare l’accumulo di cariche alla faccia inferiore?
Composito in antimoniuri di indio e nickel Antimoniuro di indio ( In Sb ) semiconduttore ad elevatissima mobilità Antimoniuro di nickel ( Ni Sb ) conduttore
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
Applicazioni dei magnetoresistori
biblioteca mks@ Trasduttori ad effetto Hall: Hall Effect Sensing and Application 126 pagine © Honeywell
biblioteca mks@ Magnetoresistori: Electric Power Steering (EPS) with GMR-Based Angular and Linear Hall Sensor 16 pagine © Infineon Pedal Position Sensing Using Hall Effect Sensors 20 pagine © Infineon Throttle Position Sensing with Linear Hall Sensors 20 pagine © Infineon
La prossima lezione: Piezoelettricità ed effetto piezoelettrico diretto ed inverso Trasduttori piezoelettrici Materiali piezoelettrici naturali e sintetici: quarzi, PZT Banda passante e circuiti per il condizionamento del segnale d’uscita