Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Микромагнитоэлектроника: направление технологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

2.1.7. Ориентационная характеристика элемента Холла

Ориентационная характеристика элемента Холла определяется диаграммой направленности. Под диаграммой направленности подразумевают зависимость у (а), где у - выходная величина преобразователя магнитного поля, а а - угол между магнитной индукцией В и магнитной осью преобразователя

Обычно с целью удобства сопоставления диаграмм направленности, определенных при различных значениях В, на графиках откладывают не значение у, а значение величины:

Х = г{а)1В X S

(2.7)

где S - относительная чувствительность ПМП, другими словами производится нормирование диаграмм.

Для точного измерения составляющих магнитной индукции желательно иметь диаграмму направленности ПМП, симметричную относительно оси X. Именно такую диаграмму направленности имеют элементы Холла в слабых магнитных полях при условии полной компенсации их нулевого сигнала.

Вместе с тем замечено , что с увеличением В симметрия диаграммы направленности нарушается. Это обстоятельство приводит при определенных условиях к погрешностям измерения, как модуля, так и составляющих магнитной индукции. (Подробнее см. [81]).

В качестве примера на рис.2.23.а. приведена диаграмма отечественного элемента Холла типа XI12, определенная при различных значениях В и при скомпенсированном нулевом сигнале. [7]

В=1.2Тл


В=1.2Тл

.В=1.2Тл

Рис. 2.23. Диаграмма направленности элемента Холла типа XII2



Начальный участок этой диаграммы показан на рис. 2.23.6.

Из рисунка видно, что рост асимметрии диаграммы относительно оси X с увеличением В проявляется в изменении отношения.

= \Я (+В)]/\Я (-В)]

(2.8)

максимальные значения нормируемой выходной величины при

направлении магнитной оси элемента Холла совпадаюш;ем с направлением В и противоположном ему), а также в прираш;ении угла (3 = 90°-а между осью X и направлением соответствуюш;ем а=0 (при

идеальной диаграмме направленности, когда = 1 и (3 =0). (Подробнее см. [7])

2.1.8. Применение элементов Холла

Дискретные элементы Холла используются для измерения магнитных полей, исследования свойств магнитных материалов, измерения электрических и неэлектрических величин, исследования характеристик электрических машин; для применения в качестве активных элементов в различных вычислительных устройствах (например, для выполнения элементов счета: сложения и вычитания, умножения и деления, возведения в степень и извлечения корня); для выполнения функций отдельных элементов различных радиотехнических цепей (линейные и квадратичные детекторы, модуляторы, смесители, демодуляторы, перемножители и удвоители, генераторы, усилители и др.), а также в качестве чувствительных элементов при создании различного рода бесконтактных реле, компенсаторов, компараторов и всевозможных систем регулирования. Благодаря своим уникальным свойствам элементы Холла могут использоваться как датчики механических деформаций и напряжений, а также в качестве ориентационных датчиков.

Современная групповая технология ИС позволяет вьшускать интегральные преобразователи магнитного поля на основе элементов Холла, которые могут группироваться в линейные и в матричные магниточувствительные структуры с различным способом их организации.

Основное назначение таких приборов - это использование их в системах визуализации магнитного поля и устройствах считьшания информации с магнитных носителей (лент, карт и т.п.).

Подробнее о способах организации многоканальных и многоэлементных магниточувствительных структур, а так же о возможных областях их применения можно прочитать в главах 4 и 6.

Особенности применения дискретных элементов Холла

При использовании дискретных элементов Холла следует учитъшать некоторые их особенности, а именно: относительно высокое остаточное напряжение (до 10 мВ и более), и зависимость параметров ЭХ от температуры окружаюш;ей среды.

Кроме того, необходимо помнить о том, что величина остаточного напряжения (Uqp.j,), как правило, зависит от направления и значения тока управления, а также от температуры элемента.

Способы стабилизации основных параметров элементов Холла

Известны различные способы стабилизации параметров ЭХ и уменьшения влияния остаточного напряжения на параметры аппаратуры, как за счет применения определенных конструктивных решений, так и в результате использования схемотехнических мер.

Компенсация остаточного напряжения (Uqp.j,) осуществляется использованием специальных схем питания элементов Холла. Простейший вариант схемотехнического решения - включение дополнительного переменного резистора R (см. рис. 2.24). Варианты включения, показанные на рис. 2.24.а, 2.24.6 и 2.24.е, не влияют на термостабильность ЭХ. Более термостабильными являются варианты рис. 2.24.Г и 2.24.Д. Для повьппения термостабильности на одном конце МЧЭ вьщеляется два токовых электрода и внешним потенциометром R устанавливается соотношение токов через них (рис. 2.24.е).


а) б) в) г) д) е)

Рис. 2.24. Схемы компенсации остаточного напряжения элементов Холла



Аналогично можно заменить один их холловских электродов двумя, разделенными по длине (рис. 2.24.г).

Указанная термокомпенсация осуществима лишь в относительно узком интервале температур. Во-первых, вследствие разной зависимости от температуры удельного сопротивления материала МЧЭ и компенсирующего элемента (резистора R) и, во-вторых, из-за зависимости сопротивления контактов МЧЭ от температуры, что особенно заметно при больших значениях тока управления.

Питание элементов Холла

В зависимости от решаемых задач питание элементов Холла может осуществляться от источника напряжения (U = const.) или от источника тока (lyjj = const.).

В качестве примера нарис. 2.25 показан характер изменения чувствительности кремниевого ЭХ при питании его от источника напряжения. В этом случае температурный коэффициент чувствительности (ТСр практически постоянен в приведенном интервале температур и составляет -0,25% на градус Цельсия.

у, мВ/мТл

-1-1-

Un=cons15 В

В=50 мТл

ТС =-0,25% / С

Т,С

о

140 180

Рис. 2.25. Температурная зависимость чувствительности кремниевого элемента Холла при постоянном напряжении питания и в равномерном магнитном поле

Характер изменения чувствительности кремниевого ЭХ при питании его от источника тока показан на рис. 2.26. Коэффициент TCg в данном случае от образца к образцу имеет некоторый разброс и составляет +0,04% на градус Цельсия [47].


О 10 50 90 140 180

Рис. 2.26. Температурная зависимость чувствительности кремниевого элемента Холла при постоянном

токе управления и в равномерном магнитном поле

Однако применение постоянного тока для питания ЭХ имеет ряд недостатков, ограничивающих использование ЭХ в высокоточной аппаратуре.

Питание элементов Холла может осуществляться и переменным синусоидальным или импульсным током. При этом каждая из схем питания имеет свои особенности и выбирается исходя из конкретных условий применения ЭХ.

В большинстве случаев при практическом использовании элементы Холла питаются от источников переменного напряжения (или тока). Существует множество вариантов таких схем питания.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122