Circuit : capteur à effet Hall expérimental à réaliser soi-même

Vous pouvez construire votre propre capteur à effet Hall. Et non, cela ne demande pas de matériaux exotiques. Avec un PCB cuivrée et un étage amplificateur à fort gain basé sur un LM358, vous pouvez détecter expérimentalement l’effet Hall à partir de signaux de l’ordre du microvolt et d’un aimant en néodyme puissant. Burkhard Kainka a présenté ce projet en 2020.

Construction d’un capteur à effet Hall expérimental

Les capteurs à effet Hall sont disponibles sur le marché, mais en fabriquer un soi-même est bien plus gratifiant, surtout lorsqu’on peut observer la physique fondamentale à l’œuvre, note Kainka. Le principe clé de tout capteur Hall est simple : lorsqu’un courant traverse un conducteur et qu’un champ magnétique externe est appliqué à angle droit, une faible tension (la tension Hall) apparaît à travers le conducteur. Toutefois, pour observer cet effet avec des matériaux courants, il faut des couches conductrices très fines et un gain très élevé.

Le cuivre n’est peut-être pas le matériau Hall idéal, mais il est accessible et simple à utiliser sous forme de PCB cuivré standard. Malgré sa faible constante de Hall, il fournit néanmoins des résultats mesurables lorsqu’il est associé à un aimant en néodyme puissant et à un amplificateur sensible.
 

Circuit

Le circuit de Kainka utilise un amplificateur opérationnel double LM358, alimenté par une pile de 9 V (BT1). Le premier étage d’amplification (IC1.A) offre un gain élevé de 6 667, fixé par les résistances de contre-réaction R4 = 2,2 MΩ et R3 = 330 Ω. Ce niveau d’amplification élève la tension Hall de 1,5 µV à environ 10 mV, ce qui donne une sensibilité pratique de 10 mV par tesla.

Kainka explique que le trimmer (P1, 100 kΩ) permet un réglage fin du zéro à quelques millivolts près. Ce réglage est crucial : même de faibles dérives ou des écarts thermiques peuvent masquer la très faible tension Hall mesurée.

L’élément Hall lui-même n’est rien d’autre que la surface cuivrée du PCB, alimentée par une source ajustable séparée (BT2), note Kainka. Régler le courant à exactement 1 A dans le cuivre garantit que la sensibilité calculée reste valide. Avant chaque mesure, il faut réajuster le point zéro.

Faire des mesures

Une fois l’ensemble stabilisé, placez un aimant en néodyme puissant près de la surface en cuivre, explique Kainka. La sortie du LM358 doit varier de plusieurs millivolts : une démonstration directe de l’effet Hall.

Cependant, Kainka souligne qu’il faut être extrêmement prudent : déplacer l’aimant induit des tensions dans le câblage du capteur bien supérieures à la tension Hall elle-même. Les variations de température peuvent créer des tensions thermoélectriques indésirables. Même de légers mouvements des fils ou des composants peuvent générer des perturbations à l’échelle du microvolt. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque tout reste immobile… y compris l’expérimentateur !

Une expérience simple mais instructive

Bien que le cuivre ne soit pas un matériau Hall idéal, le circuit de Kainka illustre clairement l’effet Hall et offre aux expérimentateurs un moyen concret d’explorer la mesure de la densité de flux magnétique. Avec un simple LM358, quelques composants passifs et un morceau de PCB, vous pouvez réaliser un capteur Hall fonctionnel et observer la physique au niveau du microvolt.

Le projet de capteur Hall

L’article original, « capteur à effet Hall expérimental », est paru dans Elektor en juillet/août 2020. Vous pouvez lire l’article gratuitement pendant les deux semaines suivant la publication de ce post. Bonne lecture !

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Note de la rédaction : Cet article est paru pour la première fois dans une édition d’Elektor en 2020. Vu l’ancienneté du projet, certains composants peuvent ne plus être disponibles. Nous pensons néanmoins que ce projet saura vous inspirer à vous lancer vous-même !