Способ термостабилизации шестиэлектрод-НОгО плЕНОчНОгО дАТчиКА ХОллА изАНТиМОНидА иНдия Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при проектировании аппаратуры магнит.ной записи, метрологии, а также в усТ ройствах автоматики и вычислительной техники.

Известны способы повышения температурной стабильности датчиков Холла, заключающиеся в использовании.различных систем контроля рабочей температуры датчика и изменении его режима работы с. помощью электронных . Недостатками известных способов являются сложность электронных.схем термостабилизации и малый диапазон температур, в котором эта термостабилизация эффективна.

Известен способ термостабилизации параметров датчика Холла, в котором для уменьшения температурного дрейфа напряжения неэквипотенциальности к пятиэлектродному датчику Холла с расщепленным (входному, токовому) электродом подключают два источника заданного тока и пропускают через него два постоянных по величине управляющих тока.

В известном способе распределенные управляющего тока в датчике Холла не зависят от температурного дрейфа удельного сопротивления в нем, а определяются постоянством управляющих токов от двух источников, чем и достигается положительный эффект 2.

Недостатком известного способа термостабилизации параметров датчика Холла является температурный дрейф выходного напряжения датчика, который происходит в результате температурног

0 изменения параметров полупроводникового материала.

Цель изобретения - повышение точности .

5

Цель достигается тем, что в способе термостабилизации шестиэлектродного пленочного датчика Холла из антимонида индия, включающем пропускание через противолежащие пары контактов

0 расщепленных входных электродов датчика двух токов от двух автономных источников питания, через одну пару противолежащих контактов пропускают постоянный по величине ток от источ5ника тока, а через другую пару противолежащих контактов пропускают ток, изменяющийся с температурой от источника напряжения.

На чертеже представлена схема

0 .включения датчика Холла. Датчик Холла 1 с расщепленными входными (токовыми) 2 и 3 и холловс ми 4 и 5 электродами в своей выходной цепи содержит регистрирующий пр бор б. К противолежащим парам расще ленных токовых электродов 2 и 3 авт номно подключены источник заданного напряжения 7 и источник заданнбго тока 8. Потенциометры 9 и 10 служат для выравнивания в начальный момент (при температуре Т) управляющих токов и tJg , которые долж ны протекать через датчик Холла 1 в одном направлений (так как состав ляющие напряжения Холла от этих токов должны складываться). Снижение температурного дрейфа выходного напряжения датчика Холла заключается в следующем. Известно, что величина температурного коэффициента напряжения )(:ол ла находится в зависимости от услов работы датчика Холла в электронной схеме. В частности, в режиме холостого кода, когда датчик работает без ртбора выходного тока, температурный коэффициент напряжения Холла fipH работе от источника заданного напряжения описывается выражением ) И) а при работе от источника заданного тока ЦГРг U) где сС и ( - температурные коэффи циенты удельного сопротивления и постоянной Холла Рц соответственно Значения коэффициентов (|/ц и ф для-некоторых полупроводниковых мате алов приведены в табл.1. Таблица Температурный коэф Полу пров од нифициент напряжения ковый материХагшаал Ц),%/град Ьд%/град --0,001-0,8 -0,001-0,5 -1,25-0,25 -0,07«0,27 Согласно данным, приведенным в табл.1, для датчиков Холла из боль шинства полупроводниковых материалов наиболее выгодным режимом, с точки зрения температурной зависимости напряжения Холла, является режим работы от источника заданного тока, когда ц; цр. Только для антимонида индия (DnSb) термостабилизация выходного напряжения элемента Холла происходит при работе с источником заданного напряжения. Данное явление объясняется тем, что внутреннее сопротивление датчика Холла, выполненного из 3 п 5Ь , с возрастанием температуры уменьшается также, как и коэффициент Холла, т.е. о л ( . При этом, если датчик Холла подсоединен к источнику заданного напряжения, то значение управляющего тока tJx будет увеличиваться возрастании температуры. Рост 3 J будет вызывать, в свою очередь, повышение напряжения Холла, частично компенсирующего его снижение из-за зависимости РН(Т). Подобная картина термостабилизации -выходного напряжения наблюдается у всех элементов Холла, выполненных на основе tin 5Ъ , в том числе и пленочных. Однако пленочные элементы Холла характеризуются существен ной особенностью. В отличие от датчиков из массивного они имеют температурный коэффициент сопротивления об по абсолютной величине больший, чем температурный коэффициент удельной чувствительности fi . Б силу этого, изменение выходного напряжения датчика Холла за счет повышения удельной проводимости (при повьаиении температуры) превосходит изменение его за счет снижения постоянной Холла. Поэтому, соглано вьфажению (l) , коэффициент (/ оказывается больше нуля,так как ос и р) имеют отрицательный знак, т.е. у пленочных датчиков Холла на основе tJnSb г работающих от источника заданного напряжения, с повышением температуры наблюдается рост напряжения Холла. В табл. 2 приведены значения температурных коэффициентов датчиков Холла, изготовленных на основе пленок tJnSbC различной концентрацией щ имеси. Поскольку, для датчика Холла на основе тонких слоевЗп5Ьтемпературные коэффициенты и ф одного .порядка, но имеют противоположные знаки (см.табл.2), можно значительно снизить влияние температуры на их выходные напряжения.Для этого необходимо включить последовательно выходные цепи датчиков Холла с одинаковыми параметрами, один из которых во входной цепи содержит источник заданного напряжения, а другой - источник заданного тока, в этой схеме с повышением температуры увеличение напряжения Холла UM первого датчика, у которого Ц) О, будет компенсироваться снижением U второго датчика, у которого Iji i О.

Таблица 2

Поскольку значение температурных коэффициентов оС р и ()|дИУд из меняются повышением концентрации электронов в пленках UhSb в разной степени (см.табл.2), возможен такой случай, ) T.e.j в блоке из двух датчиков Холл на основе тонких слоев 5п5Ь с опреденной концентрацией : электронов мож но добиться отсутствия температурно изменения выходного напряжения, т.е суммарный температурный коэффициент напряжения Холла блока будет равен нулю Vu 0- U) Подставляя в (4) выражения (.1)и (2) , получают, что подобный случай произойдет при такой концентрации примеси в пленках 3 п 5Ь когда . (i. CS) Рассмотренный блок из двух датчиков Холла с.последовательно соединенными выходными выводами представить как один шестиэлектродный датчик Холла с расщепленнылш токовыми электродами. Поэтому сделанные выше выводы в полной мере относятся к шестиэлектродному датчику, используемому в предлагаемом изобретении, т.е. подключая шестиэлектро ный пленочный датчик Холла из DnSb противоположными контактами расщепле ных токовых электродов к источнику заданного напряжения и источнику заданного тока, удается значительно уменьшить температурный дрейф выходного напряжения датчика. По сравнению с известными техниче кими решениями предлагаемый способ термостабилизации датчика Холла характеризуется простотой реализаций и высокой термостабильностью в широком интервале рабочих температур {Т(-бО)-(100)°С. При использовании способа термостабилизации, температурный коэффициент выходного напряжения в шестиэлектродных датчиках Холла из пленокtInSb с концентрацией электронов о 2 10 мсоставляет не более 10 %/град в диапазоне температур (-60)- +100)°С.При этом отпадает необходимость в использовании сложных электронных схем стабилиэа 1ИИ, что значительно упрощает и удеиевляет аппаратуру, использующую р качестве основного элемента пленочный датчик Холла. Формула изобретения Способ термостабйлизации; шестиэлектродного пленочного датчика Холла из антимонида индия, включающий пропускание через противолежащие пары контактов расщепленных входных электродов датчика двух токов от двух автономных источников питания, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, через одну пару противолежащих контактов пропускают постоянный по величине ток от источника тока, а через другую пару противолежащих .контактов пропускают ток, изменяющийся с температурой, от источника напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР HI 308392,- кл. G 01 R 33/06, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 147674, кл. G 01 R 3/04, 1962.

H

0

JfSCOUtt

0