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

На рис. 2.27 и 2.28 без подробных разъяснений приведены возможные варианты питания элементов Холла. Питание ЭХ осуществляется от источников прямоугольных или синусоидальных импульсов.

Генератор Прямоугольных импульсов



Генератор Прямоугольных импульсов


Измерительный блок

Рж. 2.27. Схемы питания дискретных элементов Холла: а - однополярными прямоугольными импульсами; б - двухполярными прямоугольными импульсами

Генератор Прямоугольных импульсов


Измерительный блок

Рис. 2.28. Схемы питания дискретных элементов Холла током, изменяющимся во времени по

гармоническому закону

Используются два варианта питания элемента Холла прямоугольными импульсами: однополярными и разнополярными симметричными. В первом случае (рис. 2.27.а) через ЭХ протекают не только гармонические, но и постоянные составляющие импульсов тока питания. Во втором случае (рис. 2.276) на элемент Холла поступают только переменные составляющие тока питания, что осуществляется применением разделительного конденсатора Ср или трансформатора во входных цепях ЭХ.

Источники прямоугольных импульсов обеспечивают стабильные импульсы по амплитуде и длительности в широком диапазоне рабочих температур и при более простых схемных решениях.

В большинстве промьппленных магнитометров отечественного и зарубежного производства используют схемы питания дискретных элементов Холла синусоидальным током (рис. 2.28). Это связано с необходимостью увеличения отношения сигнал/шум, что достигается введением избирательных элементов в схему обработки сигнала ЭХ. При питании ЭХ током, изменяющимся во времени по синусоидальному закону, требуется использование генераторов сигналов синусоидальной формы, высокостабильных как по амплитуде, так и по частоте (подробнее см. [8]).

Температурная компенсация функции преобразования элементов Холла

сигналом из входной цепи

При питании элемента Холла от источника напряжения стабилизируется остаточное напряжение однако появляется температурная зависимость чувствительности прибора. Погрешность, вызванная температурной зависимостью чувствительности, носит мультипликативный характер. Следовательно, компенсация такой погрешности может быгь получена нелинейными операциями, что ограничивает точность компенсации [46].

При питании от источника тока стабилизируется чувствительность элемента Холла, остаточное напряжение имеет сильную температурную зависимость, которая, однако, может быгь компенсирована линейными способами.

Следующей особенностью метода компенсации является то, что компенсирующий сигнал из входной цепи ЭХ не должен создавать гальванической связи с его входной цепью, так как элемент Холла является четьфехполюсником, вход и выход которого не имеют общей точки. От качества гальванической развязки и стабильности развязьшающего звена в той или иной степени зависит точность работы схемы компенсации.




Рис. 2.29. Схема температурной компенсации с оптронной развязкой при питании ЭХ от источника напряжения: DA1, DA2 -операционные усилители: Е1, Е2 -источники напряжения; U1, U2 -оптроны; Р1 - регистрирующее устройство

Схема (рис. 2.29) работает следуюш;им образом. Выходной сигнал с ЭХ поступает на регистрируюш;ее устройство Р1 через усилитель сигнала DA1. Коэффициент передачи усилителя сигнала определяется сопротивлениями отрицательной обратной связи операционного усилителя DA1 - резистором R2 и выходным сопротивлением оптрона U1. Изменение последнего компенсирует мультипликативную составляюш;ую температурного изменения выходного сигнала ЭХ, компенсация аддитивной составляюш;ей осуществляется цепью, состоящей из источника напряжения Е1, выходного сопротивления оптрона U2 и резистора R1.

При питании ЭХ от источника напряжения Е2 падение напряжения на резисторе R3 пропорционально входному току при условии R3 Rg, где R .входное сопротивление элемента Холла.

Изменение температуры ЭХ вьвьшает изменение R, входного тока, падение напряжения на резисторе R3 и далее через усилитель DA2 смещение рабочих точек оптронов U1 и U2. Выходное сопротивление оптронов, в свою очередь, изменяют сигналы, компенсируя соответственно аддитивную (цепь U2, R1, Е1) и мультипликативную (цепь U1, R2, DA1) температурные погрешности.

Аналогично температурной происходит компенсация изменения чувствительности элемента Холла вследствие изменения проводимости полупроводника в магнитном поле. Последнее обстоятельство может быть использовано для решения проблемы обеспечения взаимозаменяемости ЭХ, так как градуировочная характеристика всего устройства сохраняет линейность. Линейность передаточной характеристики в целом позволяет производить поверку прибора только в одной точке диапазона магнитных полей. Устройство отличается высокой точностью температурной компенсации, позволяющей производить измерения в широком диапазоне неконтролируемо изменяющейся температуры.

Схемы температурной компенсации при питании элемента Холла

ОТ источника напряжения

Из множества схем наиболее широко применяются схемы:

с оптронной гальванической развязкой;

с гальванической развязкой на логометре. [Под логометром в данном случае понимается измерительный прибор, показания которого пропорциональны отношению двух электрических величин (обьгано сил тока)];

с трансформаторной гальванической развязкой;

с питанием элемента Холла от импульсного источника питания.

Схемы температурной компенсации при питании элемента Холла

ОТ источника тока

При питании ЭХ от источника тока используются схемы:

с оптронной гальванической развязкой;

с гальванической развязкой на дифференциальном усилителе.

Па рис. 2.29 в качестве примера дана структурная схема температурной компенсации элемента Холла с оптронной развязкой при питании ЭХ от источника напряжения.



Схема с оптронной развязкой для температурной компенсации при питании элемента Холла от источника тока

В режиме питания элемента Холла от источника тока аддитивная составляющая температурной погрешности реальной функщш преобразования существенно больше, чем в режиме питания от источника напряжения, где остаточное напряжение Uqj, в диапазоне температур стабилизировано, вследствие чего необходимо компенсировать только напряжение разбаланса ЭХ.

В связи с отсутствием мультипликативной составляющей погрешности при питании элемента Холла от источника тока упрощается схема компенсирующего устройства и обеспечивается более высокая точность компенсащ1и при измерениях относительно сильных магнитных полей.

На рис. 2.30 приведена структурная схема температурной компенсации элемента Холла с оптронной развязкой при питании ЭХ от источника тока.

DA1

Рис. 2.30. Схема температурной компенсации с оптронной развязкой при питании ЭХ от источника тока: DA1 - операционный усилитель; Е1 - источник тока; Е2 - регулируемый источник тока; U1 - оптрон; Р1 - регистрирующее устройство


Схема (рис. 2.30) работает следующим образом. Нри начальной температуре элемента Холла и рабочем токе генератора тока Е2 на выходе усилителя DA1 существует сигнал, величина которого выбором режима работы усилителя DA1 устанавливается так, чтобы рабочая точка оптрона U1 находилась на линейном участке передаточной характеристики. Изменяя напряжение регулируемого источника Е1, можно добиться того, чтобы падение напряжения на резисторе R1 бьшо равно по величине и противоположно по знаку нулевому напряжению Uqp.j, элемента Холла.

Компенсация температурного изменения остаточного напряжения 11 происходит следующим образом. Нри отклонении температуры от начальной изменение электрического сопротивления элемента Холла последовательно изменяет падение напряжения на самом ЭХ, выходное сопротивление оптрона и величину компенсирующего напряжения на резисторе R1.

Звеном, ограничивающим точность компенсации в рассматриваемой схеме, является, в основном, оптрон U1, обеспечиваюшией гальваническую развязку цепей компенсации, связанных с входом и выходом элемента Холла. (Подробнее см. [46].)

Любая термокомпенсация вьшолняется лишь в относительно узком диапазоне температур, во-первых, вследствие разной зависимости от температуры удельного сопротивления полупроводника и компенсирующего элемента и, во-вторых, из-за зависимости сопротивления контактов ЭХ от температуры.

Например, для ЭХ из сурьмянистого индия (InSb) температурная компенсация с точностью 2% достигается подключением токовой цепи к источнику постоянного напряжения, при этом используется то обстоятельство, что для этого материала зависимость постоянной Холла (К^ ) и удельного сопротивления (г) от температуры практически одинаковы.

Кроме того, для температурной компенсации ухода параметров элементов Холла используются полупроводниковые или металлические терморезисторы, включаемые параллельно или последовательно в цепь питания ЭХ или в его выходную цепь. Расчет схем для устранения температурной погрешности приведен в работе [67, 46].

Температурная погрешность может быть устранена термостатированием элемента, а также питанием его от источника переменного тока. Для этой цели элемент снабжается нагревателем и датчиком температуры. При разделении цепей питания по частоте сам ЭХ может быгь использован как нагреватель, а в некоторых случаях и как термодатчик.

При проектировании магнитоэлектронных устройств следует учитьшать влияние максимального тока управления на параметры и характеристики элементов Холла, что особенно важно при использовании низкоомных МЧЭ, функционирующих при Iyjj> 50 мА.



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