Hallprinzip

Das Hallprinzip bezeichnet die Erzeugung einer transversal zur Stromrichtung gemessenen Spannung in einem Leiter oder Halbleiter, der von einem Magnetfeld durchsetzt wird. Durch die Lorentzkraft verschieben sich die Träger seitlich, sodass sich eine Gleichgewichtshaltung einstellt und eine Hall-Spannung entsteht. Diese Hall-Spannung lässt sich verwenden, um das Magnetfeld, die Feldstärke oder die Anzahl der Träger zu bestimmen.

Theoretischer Hintergrund ist der Hall-Effekt. Der Hall-Wert hängt von der Trägerdichte und der Ladungsträgerart ab. In einem einfachen Modell gilt die Hall-Spannung V_H als proportional zu Strom I, magnetischer Flussdichte B und invers zur Materialdicke t: V_H = R_H · I · B / t, wobei R_H der Hall-Wert ist, der Rückschluss auf n (Belegung der Ladungsträger) und deren Typ (Elektronen oder Löcher) zulässt. Das Vorzeichen von R_H liefert Hinweise auf die dominierenden Trägerarten.

Anwendungen umfassen Halbleiter- und Hall-Sensoren, die used zur Messung von Magnetfeldern, Abständen, Drehzahlen oder kleinen Magnetströmen eingesetzt werden. Hall-Sensoren arbeiten oft als berührungslose Sensoren in der Automobiltechnik, in Industrieelektronik, in der Robotik sowie in der Energie- und Leistungsmessung.

Materialien und Bauformen variieren: Typische Hall-Platten bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium, Galliumarsenid oder sonstigen Legierungen; sie können als integrierte Schaltungen oder asynchrone Bausteine realisiert werden. Anwendungen erfordern oft Offset-Kompensation, Kalibrierung und Temperaturkompensation, da die Empfindlichkeit temperaturabhängig ist.

Das Hallprinzip ist benannt nach Edwin Hall, der den Effekt 1879 entdeckte. Es bildet die Grundlage moderner Hall-Sensorik und wird weltweit in Mess- und Regelungstechnik eingesetzt.