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

Максимально допустимое значение тока управления в значительной степени определяется условиями эксплуатации ЭХ, то есть условиями теплоотвода и температурой окружающей среды, а также максимально допустимой температурой нагрева магниточувствительного элемента.

Обычно в паспорте на прибор задается максимально допустимое значение тока управления для случая эксплуатации элемента Холла в среде неподвижного воздуха.

Превьппение указанного в паспорте значения этого тока без принятия специальных мер по дополнительному улучшению условий теплоотдачи приводит к перегреву элемента и вьшоду его из строя.

Улучшением условий теплоотвода можно значительно повысить как номинальное, так и максимально допустимое значение тока управления. Так, например, если элемент Холла с обеих сторон привести в соприкосновение с металлическими полюсами магнитопровода, то ток управления можно увеличить в 1,5-2 раза [67].

Сведения об основных параметрах дискретных элементов Холла, вьшускаемых отечественными и зарубежными производителями, приведены в главе 9 тома 2.

Использование элементов Холла совместно с операционными усилителями

На рис. 2.31 и 2.32 в качестве примера приведены две достаточно простые схемы магнитоприемных устройств с использованием дискретных элементов Холла и операционных и инструментальных усилителей. Эти схемы не требуют дополнительных пояснений. Они не содержат специальных элементов для термостабилизации и предназначены для использования в лабораторных условиях или в демонстрационных целях.

+и„.(12В)


В1 - полевой элемент Холла тша FEHS-1-1; DA1 - инструментальный усилтель типа АМР-04; DA2 - операционный усилитель типа тА 776.

Чувствительность I

Рж. 2.31. Электрическая схема магнитоприемногоустройства с использованием полевого элемента

Холла (ПДХ) и инструментального усилителя

В схеме, приведенной на рис. 2.31, в качестве преобразователя магнитного поля используется полевой датчик Холла (НДХ), который питается от источника тока, вьшолненного на операционном усилителе (DA2).

В качестве усилителя сигнала ЭХ используется интегральная схема инструментального усилителя АМР-04 (или INA 118). Магнитная чувствительность устройства устанавливается резистором R7.

Рабочий ток элемента Холла устанавливается при помощи резисторов R1 и R2.



Страница 40 Балансировка О производится резисторами R5 и R6.

Схема предусматривает модуляцию входного сигнала путем подачи управляющих (или модулирующих) импульсов на затвор ПДХ.

Устройство питается от двухполярного источника питания. Ток потребления составляет не более ±10 мА при напряжении питания 12 В.

+Un=(10...15)B

Рис. 2.32. Схема входного каскада магнитоприемного устройства с использованием кремниевого элемента Холла и операционного усилителя


Выход о

Общий

о

DA1 - операционный усилитель типа 740 УД2Б; В1 - элемент Холла типа ДХК-0,5.

В схеме, приведенной на рис. 2.32, в качестве преобразователя магнитного поля используется кремниевый элемент Холла типа ДХК-0,5, который подключается к цепи питания через два ограничительных резистора (R1, R2). В качестве усилителя сигнала ЭХ применяется микросхема операционного усилителя 740УД2Б в бескорпусном исполнении. Чувствительность магнитоприемного устройства устанавливается резистором R3 и резисторами R1, R2.

Особенности использования интегральных элементов Холла

В последнее время все более широкое распространение получают элементы Холла, выполненные в едином технологическом цикле и на одном кристалле вместе с другими элементами интегральных схем, обеспечивающими усиление и обработку сигнала ЭХ.

Проектирование, изготовление и применение; интегральных элементов Холла имеет ряд особенностей, связанных с получением максимальной магнитной чувствительности при минимальных значениях остаточного напряжения (Uqp.j,) и заданной стабильности указанных параметров.

Повьппенное значение величины остаточного напряжения (Uqp.j,), объясняется факторами, в числе которых можно отметить градиент удельного сопротивления исходного материала, деформации, несовмещение фотошаблона, определяющего геометрию прибора, и т.д.

Одной из причин изменения остаточного напряжения (Uqp.j,) при отсутствии магнитного поля является чувствительность кремния к механическим напряжениям. Это ведет к появлению нежелательного выходного напряжения и проявляется как погрешность в регистрации ЭДС Холла.

Ощутимые погрешности возникают и вследствие изменения уровней деформаций при осуществлении контакта с пластиной, при резке пластины и разделении ее на кристаллы, при корпусировании, а также при эксплуатации изделия. Изменения в уровнях напряжений появляются, например, за счет различий в тепловых коэффициентах расширенияи кристалла и материала корпуса при повьппении или понижении температуры окружающей среды.

Помимо этого кремний обладает сильно выраженным пьезорезистивным эффектом, и ЭХ, будучи четьфехполюсником, реагирует на сдвиговые напряжения. И эта реакция тоже проявляется через указанный эффект. Влияние этого эффекта можно минимизировать, но нельзя исключить полностью, ориентируя соответствующим образом слиток кремния при резке его на пластины.

Определенные противоречия, возникающие при формировании элементов Холла совместно с другими элементами интегральных микросхем, разрешаются технологическими и схемотехническими методами. Из них наиболее известны такие, как использование симметричной топологии элемента Холла (обычно, представляющей квадрат) и применение нескольких элементов, соединенных и повернутых определенным образом. Варианты соединений интегральных ЭХ приведены на рис. 2.33.



Ввн=<50 мТл


В„ =<5 мТл


Вв =<2 мТл

в

[ /

Рис. 2.33. Варианты соединения интегральных элементов Холла: а - симметричный единичный; б -

сдвоенный; в - счетверенный

Рассмотрим параллельное соединение элементов, развернутых относительно друг друга в одной приемной плоскости под углом 90° (так называемое ортогональное смещение ). Подобным образом, можно соединить от двух до шестнадцати и более элементов.

Такое соединение широко используется при изготовлении магниточувствительных и магнитоуправляемых интегральных схем, так как в этом случае напряжение Холла (чувствительность) сохраняется (усредняется), а генерируемые ЭХ выходные сигналы, (включая пьезосопротивления или эффекты механических напряжений) компенсируются, что приводит к снижению величины остаточного напряжения и повышению термостабильности прибора.

Многоэлементные симметричные элементы Холла обладают явными преимуществами перед обьгаными конструкциями в том отношении, что их можно соединить таким образом, чтобы обеспечить максимальную компенсацию деформаций и сдвигов.

Дополнительные сведения см.: [4,14,15,19,36,37,46,47,48,52,56,58,61,62,63,67,69,78, 85, 87,88,94, 101].



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