ホール効果センサーの理解：その動作原理と応用

ホール効果センサー、または単にホールセンサーは、磁場を検出し、それを電気信号に変換する便利な小型デバイスです。この信号は特定の電子回路によって処理され、望ましい出力が生成されます。ホール効果センサーの面白い点は、非接触センサーであることです。つまり、測定対象に物理的に触れる必要がなく、非常に多用途です。設計や用途によって、デジタルまたはアナログ信号を出力することができます。

ホール効果センサーは、電流の測定、位置の検出、物理的接触が不要なスイッチの作成など、さまざまな産業用途で見られます。

ホール効果センサーの動作原理

ホール効果センサーの動作原理は、ホール効果そのものに基づいています。センサーに電流を流すと、電流はプレートの一端から他端へと流れます。通常、荷電キャリア（基本的には電子とホール）は直線的に移動します。ここで、磁石をこのプレートの近くに持ってくると、磁石の磁場が移動する荷電キャリアによって生成された磁場を乱します。この乱れによって、荷電キャリアが直線的な移動経路を外れることになります。この方向を変える力をローレンツ力と呼びます。

この現象が起こると、負に帯電した電子がプレートの一方に押し出され、正に帯電したホールが反対側に押し出されます。この分離により、プレートに電圧差（ホール電圧）が生じます。これがホール効果です。磁石を取り外すと、ホール電圧は消えます。磁石を反転させると、ホール電圧も反転します。

ホール効果センサーの構造と動作

ホール効果センサーは通常、ガリウム砒素、インジウム砒素、またはシリコンなどの薄い長方形の半導体材料で作られています。この部品をホール素子と呼びます。一定の電流がこのホール素子を通過し、電流の流れ方向に垂直な出力接続があります。

このセットアップを磁場に置くと、磁場の線がホール素子に力を加えます。この力が荷電キャリア（電子とホール）をホール素子の側面に偏向させ、両側に電位差、または電圧を生じます。この出力電圧は、磁場の強さに比例します。

しかし、出力電圧は通常非常に小さいため、使用可能なレベルに引き上げるための追加の電子回路が必要です。ホール素子とこれらの電子回路を組み合わせることで、ホール効果センサーが完成します。

ホール効果センサーの種類

ホール効果センサーには、出力に基づいてアナログとデジタルの2種類があります。

アナログ出力ホール効果センサー

アナログ出力のホール効果センサーには、電圧レギュレーター、ホール素子、アンプが含まれています。これらは磁場の強さに直接比例する出力電圧を生成します。磁場がない場合、出力電圧はゼロです。ただし、各出力端子でグラウンドと測定される共通モード電圧があり、各端子で同じです。これを排除するために、差動アンプが使用されます。差動アンプはホール電圧だけを増幅し、共通モード電圧をキャンセルします。電圧レギュレーターはホール素子を通る電流を一定に保ち、出力が磁場の強さだけを反映するようにします。

デジタル出力ホール効果センサー

アナログホール効果センサーをデジタルセンサーに変換するには、シュミットトリガ回路を追加します。シュミットトリガは、差動アンプの出力を事前設定値と比較します。アンプの出力がこの設定値を超えると、シュミットトリガがオンになります。出力が設定値を下回ると、シュミットトリガがオフになります。これにより、単純なオンまたはオフの出力を持つセンサーが得られます。

より詳細な情報や幅広いホール効果センサーの選択については、SZ Componentsをご覧ください。

これでホール効果センサーとその応用についての理解が深まることを願っています。非常に興味深いものであり、多くの現代技術で重要な役割を果たしています！