Устройство для температурной компенсации датчиков холла

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ и 883816(22) Зая влено 14,02,80 (21) 2881455/18 - 21с присоединением заявки йе(28) Приоригет(5 )М. Кл, 6 01 В 33/06 Фаеударетеанай камнтет СССР в делам нзееретеннй н юткрытнй72) Авторы изобретения сон Трнфгс. В, Стародубцев 7) Заявит зико-техннческий институт им АН Узбекской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА Изобретение относится к магннтоизмерительной технике и может быть использовано дляизмерения постоянных и переменных магнитных полей и неискаженной регистрации формы магнитных сигналов в широком диапа 3зоне температур,По основному авт,св, Ф 758022 известноустройство для температурной компенсациидатчиков Холла, содержащее датчик Холла,генератор, цепь компенсации напряжения10разбаланса датчика, два усилителя, регист- .рирующий прибор, два оптрона, подключенные к,выходу второго усилителя, и дварезистора, причем первый резистор соединенсо входом второго усилителя, выход одногоиз оптронов через второй резистор подключенк выходу первого усилителя, а выход второго оптрона связан с цепью компенсациинапряжения разбаланса датчика 1).В качестве источника питания в этом устройстве используется генератор напряжения,вследствие чего величина паразитного напряжения неэквипотенциальности стабилизируется,а температурное изменение выходного сигна. ла определяется поведением ЭДС Холла, которая в этом режиме .питания зависит отвеличины подвижности носителей и напряжения разбаланса датчика, возникающего из-занеодинакового изменения удельного сопротивления по площади полупроводникового материала пластины Холла. Так как величинакорректирующего сигнала, снимаемая с пер.вого резистора,. соединенного со входомвторого усилителя, пропорциональна изменениюудельного сопротивления, т.е. зависит от температурного изменения как подвижности носителей заряда, так н их концентрации, авеличина сигнала Холла зависит только отизменения подвижности, то полная коррекциявозможна лишь при условии использованияполупроводников, в которых концентрацияносителей заряда не зависит от температуры.Учитывая, что в известных полупроводниках,пригодных для изготовления датчиков Холла,например кремнии, германии, арсениде галлия ит,п., концентрация носителей заряда в большей или меньшей степени изменяется с температурой,. то несоответствие температурногохода изменешщ корректирующей функцииизменению полезного сигнала приводит кпогрешности измерения при использованииэтого устройства, что и является основнымего недостатком.Цель изобретения - повышение точноститемпературной компенсации,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство, содержащее генератор, регистрирующий прибор, два усилителя, резистор, пед.ключенный к входу второго усилителя, дваоптрона, подключенные к выходу второгоусилителя, и цепь компенсации напряженияраэбаланса датчика, связанную с выходомвторого оптрона, дополнительно снабжено последовательно соединенными третьим усилите.лем, детектором, четвертым усилителем, фильт.ром низкой частоты и третьим оптроном,а также источником эталонного напряжения,подключенным ко второму входу четвертогоусилителя и подключенным к его выходуи к третьему оптрону, выход которого связан со вторым входом и выходом первогоусилителя и со вторым оптроном, а входытретьего усилителя подключены ко второмувходу второго усилителя и к третьему оптрону.Кроме того, на датчике Холла выполненбарьерный переход, связанный с выходомвысокочастотного генератора,На чертеже представлена структурная схемаустройства,Устройство для температурной компенсациидатчиков Холла содержит германиевый датчик 1 Холла, генератор 2 постоянного напря.жения, регистрирующий прибор 3, в качестве которого может быть использован стрелочный прибор либо осциллограф, усилитель4 ЭДС Холла, содержащий цепь регулировкикоэффициента усиления усилителя, состоящуюиз выходных сопротивлений оптронов 5 и 6.Вход оптрона 6 совместно со входом оптрона 7 служат нагрузкой вспомогательногоусилителя 8 разностного сигнала между падением напряжения на резисторе 9, включенном последовательно в цепь питания датчика1, и опорным напряжением с резистора 10.Регулируемый источник 11 напряжениянагружен на делитель, содержащий резистор12 и выходное сопротивление оптрона 7, при.чем выход делителя включен последователь.но в выходную цепь датчика 1,Барьерный переход 13 и последовательнос ним включенный резистор 9 являются нагрузкой высокочастотного генератора 14,Высокочастотная составляющая падения напряжения на резисторе 9 усиливается усили.,телем 15, выход которого связан через детектор 16 с дифференциальным усилителем10 ра 10, на выходе усилителя 8 существует 15 20 50 55 25 ЗО 35 40 45 17. Второй вход усилителя 17 связан с ис. точником 18 эталонного напряжения, а выход нагружен на барьерный переход 13 ичерез фильтр 19 низких частот на оптрон 5.Устройство работает следующим образом,При начальной температуре Т датчика 1и рабочем напряжении Ц генератора 2 под действием падения напряжения на резисторе 9 и опорного напряжения, снимаемого с резисто. сигнал, величина которого изменением опорно 1го напряжения устанавливается таким образом,чтобы рабочие точки оптронов 6 и 7 находились на линейных участках передаточной характеристики. Изменяя напряжение регулируемого источника 11 можно добиться, чтобыпадение напряжения на резисторе 12 былоравно по величине и противоположно по знаку паразитному нулевому напряжению разбаланса датчика. Компенсация напряжения температурного раэбаланса происходит следующим образом. При отклонении температуры от Т изменение входного сопротивления датчика 1 последовательно изменяет падения напряжения на резне. торе 9, выходное напряжение вспомогательного усилителя 8, выходное сопротивление оптрона 7 и величину компенсирующего напря. жения на резисторе 12.Так как температурный дрейф резистивной составляющей нулевого сигнала полностью отсутствует, а изменение напряжения раэбаланса и компенсирующего напряжения обусловле. ны одной и той же причиной, а именно измейением удельного сопротивления, то это обеспечивает большую точность темпертурнойкомпенсации.Температурная нестабильность ЭДС Холлаф приводит к изменению чувствительности датчика 3, что при неизменном коэффициенте усиления усилителя К искажает результаты измерения. Для компенсации температурной нестабильности изменение напряжения на резисторе 9 преобразуетсяаналогично описанному , выше в изменение выходного сопротивления оптрона 6, что, в свою очередь, изменяетпараметры цепи регулировки коэффициента усиления усилителя 4 и изменяет величину К. Изменение величины К при этом оказывается обратно пропорциональным не температурному изменению подвижности, а темпеоатурному изменению проводимости,Для повышения точности необходимо исключить влияние температурного изменения концентрации на изменение коэффициента уси. ления усилителя 4. Для этого на цепь, состоящую из емкости барьерного перехода 1388381 10 15 25 и резистора 9, подается высокочастотное напряжение от генератора 14, Напряжение с резистора 9 подается на усилитель 15 переменного напряжения и детектор 16,Постоянное напряжение с выхода детектора О уровень которого оказывается пропорциональным емкости барьерного перехода13, подается на первый вход дифференциального усилителя 17, на второй вход которогоподается эталонное напряжение О от источ 1ника 18. При О, =О на выходе усилителя17 существует напряжение Усщ, смещающеепереход в обратном направлении и соответствующее его емкости Се при температуреТе. При отклонении температуры от То навеличину ЬТ температурная генерация носителей заряда в полупроводнике вызывает изменение емкости на величину ЬС, а напряже 1ния О, на величину ЬО,Увеличение напряжения смещения, равноеЬ 0 сц.уменьшит емкость на величину - Ь С,"причем будет выполняться равенство Ь С =.: - ЬС. Таким образом, эта часть устройстваработает как стабилизатор емкости барьерного перехода 13. Изменяя Ор,можно задавать.величину С,6 6чивает большую точностькомпенсации ситна.ла Холла, также завиапцего только от изме.нения подвижности.Независимость уровня сигнала Холла вустройстве от температурного измененияподвижности и концентрации носителей позво.ляет существенно расширить температурныйдиапазон работоспособности датчика Холла,который в известном устройстве ограничивается необходимостью сохранения концентрацииносителей неизменной.Устройство позволяет повысить чувствитель.ность датчиков Холла за счет использованияслаболегированных полупроводников, при. /менение которых ограничивалось ранее большими значениями температурного коэффици.ента изменения .концентрации.Устройство оказывается работоспособнымпри использовании датчиков Холла, выполнен.ных на основе узкоэонных. полупроводниковс большими значениями температурного коэффициента изменения концентрации,Формула изобретенияУстройство для температурной компенсациидатчиков Холла по авт.св. 1 Ф 758022, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности температурной компенса.ции, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными третьим усилителем, детектором, четвертым усилителем, фильтром низкой частоты и третьим оптроном, а такжеисточником эталонного напряжения, подклю.ченным ко второму входу. четвертого усилителя и подключенным к его выходу и к третьему оптрону, выход которого связан со вторымвходом и выходом первого усилителя и совторым оптроном, а входы третьего усилителяподключены ко второму входу второго усилителя и к третьему оптрону,2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что на датчике Холла выполнен барьерньй переход, связанньй с выходом высокочастотного генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР % 758022,кл. 6 01 В 3306, 1979. В этих условиях изменение напряжения смещения оказывается пропорциональным измеЗо нениа концентрации носителей в полупроводнике. Так как выходное напряжение дифференциального усилителя 17 подается также на вход оптрона 5, то изменение его выходного сопротивления изменяет параметры цепи регулировки коэффициента усиления усилителя 4 35 таким образом, чтобы соответствующее изменение коэффициента усиления компенсировало ту часть изменения коэффициента усиления при введении коррекции по изменению про. водимости, которая соответствует изменению40 концентрации носителей заряда в полупроводнике. Фильтр 19 низких частот вводится для того, чтобы изменение выходного сопротивления оптрона 5 соответствовало только изменению постоянного напряжения смещения 45 на барьерном переходе 13,Изменение коэффициента усилешщ оказывается обратно пропорциональным только изменению подвижности и не зависит от изменения концентрации носителей, что обеспе883816 а р О, Поповка Заказ 10219/69 одни сное Филиал ППП "Патент", г. Ужгор ектная, 4 НИИПИ Гос по делам 3035, Моск