Pengertian Sensor Efek Hall (Hall Effect Sensor) - Hall Effect Sensor atau yang dalam bahasa Indonesia disebut dengan sensor efek hall merupakan komponen jenis transduser yang memiliki kemampuan untuk mengubah informasi magnetik menjadi sinyal listrik untuk pemrosesan rangkaian elektronik berikutnya.
Umumnya, sensor efek hall sering digunakan sebagai pendeteksi kedekatan (proximity), pendeteksi posisi (positioning), pendeteksi kecepatan (speed), pendeteksi pergerakan arah (directional) dan juga pendeteksi arus listrik (current sensing).
Sensor magnetik yang terbuat dari bahan semikonduktor ini merupakan komponen populer pilihan para perancang elektronika untuk aplikasi-aplikasi non-contact mereka karena kehandalannya dan mudah dirawat. Sensor efek hall juga tahan terhadap air, debu dan getaran apabila dibungkus dengan pelindung yang benar.
Jenis sensor ini banyak digunakan di berbagai produk otomotif seperti untuk mendeteksi posisi jok mobil, sensor sabuk pengaman, indikator minyak dan juga kecepatan roda pada sistem pengereman ABS (Anti-Lock Braking System). Tidak hanya digunakan pada produk otomotif saja, sensor efek hall juga bisa kita temui di berbagai produk smartphone terbaru yang mempunyai fitur deteksi cover atau penutup ponsel.
Hall effect sensor merupakan suatu perangkat atau komponen yang bisa diaktifkan oleh medan magnet eksternal. Seperti yang kita ketahui bersama bahwa medan magnet sendiri memiliki dua karakteristik penting, yaitu densitas flux (flux density) dan kutub (kutub utara dan kutub selatan).
Sinyal masukan atau input dari hall effect sensor ini merupakan densitas medan magnet yang berada disekitar sensor tersebut, jika densitas medan magnet melampaui batas ambang yang telah ditentukan maka sensor akan langsung mendeteksi serta menghasilkan tegangan keluar atau output yang biasa disebut sebagai tegangan hall (VH).
Sejarah Singkat Hall Effect Sensor
Efek Hall ini ditemukan oleh Dr. Edwin Hall pada tahun 1879. Untuk dapat menghasilkan perbedaan potensial diseluruh perangkat, garis fluks magnetik harus tegak lurus (90 derajat) terhadap aliran listrik dengan kutub yang benar.
Nama "Hall" ini berasal dari nama penemu efek ini yaitu Dr. Edwin Hall. Dasar dari prinsip kerja efek hall ini adalah gaya Lorentz yakni gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak dalam suatu medan magnet (B).
Simbol dan Bentuk Sensor Efek Hall (Hall Effect Sensor)
Perlu diketahui bahwa nama sensor ini diambil langsung dari nama penemunya yaitu Hall. Jenis sensor ini memiliki bentuk seperti petak tipis dan terdiri dari tiga kai terminal maupun empat kaki terminal.
Selanjutnya kami akan berikan gambaran bentuk dan simbol dari sensor efek hall. Untuk lebih jelasnya silakan simak gambar berikut ini.
Prinsip Kerja Sensor Efek Hall (Hall Effect Sensor)
Sensor Efek Hall pada dasarnya terdiri dari potongan tipis semikonduktor yang bertipe P dengan bentuk persegi panjang. Bahan semikonduktor yang digunakan biasanya adalah gallium arsenide (GaAs), indium antimonide (InSb), indium phosphide (InP) atau indium arsenide (InAs).
Potongan tipis semikonduktor tersebut dilewati oleh arus listrik secara berkesinambungan (terus-menerus). Ketika didekatkan dengan medan magnet atau ditempatkan pada lokasi yang bermedan magnet, garis fluks magnetik akan menggunakan gaya pada semikonduktor tersebut untuk mengalihkan muatan pembawa (elektron dan holes) ke kedua sisi pelat semikonduktor. Gerakan pembawa muatan ini merupakan hasil dari gaya magnet yang melewati semikonduktor tersebut.
Karena Elektron dan Holes bergerak masing-masing ke kedua sisi semikonduktor, maka akan timbul perbedaan potensial diantara kedua sisi tersebut. Pergerakan elektron yang melalui bahan semikonduktor ini dipengaruhi oleh adanya medan magnet eksternal pada sudut atau posisi yang benar. Bentuk yang terbaik agar mendapatkan sudut atau posisi yang tepat adalah menggunakan bentuk persegi panjang yang pipih (Flat Rectangular) pada komponen Sensor Hall Effect ini.
Peristiwa berbelok atau beralihnya aliran listrik (elektron) dalam pelat konduktor karena pengaruh medan magnet ini disebut dengan Efek Hall (Hall Effect). Efek Hall ini ditemukan oleh Dr. Edwin Hall pada tahun 1879. Untuk dapat menghasilkan perbedaan potensial diseluruh perangkat, garis fluks magnetik harus tegak lurus (90 derajat) terhadap aliran listrik dengan kutub yang benar.
Nama “Hall” ini diambil dari nama penemu efek ini yaitu Dr. Edwin Hall. Dasar dari prinsip kerja Efek Hall ini adalah gaya Lorentz yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak dalam suatu medan magnet (B).
Kelebihan Sensor Efek Hall (Sensor Hall Effect)
Sensor Efek Hall dapat digunakan sebagai sakelar elektronik ini memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah :
- Relatif lebih murah jika dibandingkan dengan sakelar mekanik dan lebih handal.
- Dapat beroperasi hingga 100 kHz.
- Tidak terpengaruh pada kondisi lingkungan karena sensor berada di dalam paket tertutup (dibungkus) sehingga dapat digunakan pada lingkungan yang kurang bersahabat.
- Dapat mendeteksi rentang medan magnet yang luas.
- Dapat mendeteksi kutub utara atau kutub selatan.
- Berbentuk pipih/datar sehingga dapat digunakan pada perangkat elektronik yang lebih tipis.
Namun Hall Effect Sensor ini juga memiliki kelemahan, yaitu tingkat akurasi pengukuran yang lebih rendah jika dibandingkan dengan sensor sejenisnya seperti Magnetometer ataupun sensor yang berbasis Magnetoresistance.
Magnetis Hall Effect Sensor
Sensor efek hall tersedia dengan output linier atau digital. Sinyal output untuk sensor linier (analog) diambil langsung dari output operational amplifier dengan tegangan output berbanding lurus dengan medan magnet yang melewati sensor hall.
Tegangan output hall ini diberikan sebagai berikut:
Dimana:
VH: Tegangan Aula dalam volt
RH: Efek Hall co-efisien
I: arus yang mengalir melalui sensor dalam amp
t: ketebalan sensor dalam mm (milimeter)
B: Kerapatan Fluks Magnet dalam Teslas
Sensor linier menghasilkan keluaran tegangan kontinu yang meningkat dengan medan magnet yang kuat dan berkurang dengan medan magnet yang lemah.
Dalam sensor effect hall output linier, karena kekuatan medan magnet meningkatkan sinyal keluaran dari amplifier juga akan meningkat hingga mulai saturasi/jenuh oleh batas yang dikenakan padanya oleh catu daya.
Setiap penambahan tambahan dalam medan magnet tidak akan berpengaruh pada output, namun lebih mendorongnya ke saturasi.
Tegangan Sensor Efek Hall
Tegangan output, disebut tegangan Hall (VH) dari elemen Hall dasar berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet yang melewati material semikonduktor (output ∝ H). Tegangan output ini bisa sangat kecil, hanya beberapa microvolt bahkan ketika mengalami medan magnet yang kuat.
Sehingga sebagian besar perangkat efek hall yang tersedia secara komersial diproduksi dengan amplifier DC built-in, rangkaian pengalihan logika dan pengatur tegangan untuk meningkatkan sensitivitas sensor, histerisis dan tegangan output.
Ini juga memungkinkan sensor efek hall beroperasi pada kisaran yang lebih luas dari catu daya serta kondisi medan magnet. Dengan mengukur tegangan hal yang melalui bahan, kalian dapat menentukan kekuatan medan magnet yang ada. Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut:7
Dimana:
VH: Tegangan yang melalui lebar plat
I: Arus yang melalui panjang plat
B: Medan magnet
d: Tebal plat
e: Elektron
n: Kerapatan elektron pembawa
Dalam keberadaan kekuatan medan magnet yang besar dan temperature rendah, kalian dapat meneliti quantum hall effect, yang dimana adalah kuantitas tahanan hall.
Mungkin sekian saja pembahasan kali ini mengenai pengertian sensor efek hall, simbol, bentuk, prinsip kerja, kelebihan dan tegangannya. Semoga tulisan di atas dapat bermanfaat bagi kita semua. Sekian dan terimakasih.