в связи с этим при х=Л получается максимально возможное значение ц, которое может быть достигнуто

в четырехэлектродном дат-

/ 2 5 4 5

ТТТТТ

2 3

чике Холла т)макс=0Л72 [Л. 502].

Арльт [Л. 6] показал, что существует возможность -/) увеличения к. п. д. в датчи-ках Холла при помощи увеличения числа входных и выходных цепей. Это можно осуществить с помощью конструкции, показанной на рис. 5-14, где изображена пластина датчика Холла, имеющая (1, 2, ..., п) пар токовых электродов, причем каждая пара имеет отдельный источник питания, а также /и (а, ft .. .) пар независимых друг от друга электродов напряжения. Теоретический к. п. д., который можно получить в вышеописанной конструкции, дает формула (5-39) [Л. 6]

Рис. 5-14. Конструкция датчика Холла с высоким к. п. д. [Л. 6].

Пмакс<

Упт+ \ -\ Ynm+ 1 +\

(5-39)

где п - число пар токовых электродов, т - число пар электродов напряжения.

Для п = т Арльт привел зависимость коэффициента полезного действия f]=f{n), показанную на рис. 5-15. Как видно, увеличение количества электродов до трех пар повышает к. п. д. датчика Холла с 17 до 52%. Дальнейшее увеличение количества электродов не дает уже такого выигрыша, но

.при п = 7 »1макс==0,75.

Практическое использование многоэлектродных датчиков Холла в электрической цепи можно осуществить при помощи трансформаторов, соединенных, как показано на рис. 5-16. Такое соединение позволяет осуще-100

0.8 0.6 0.4

Рис. 5-15. Зависимость к. п. д. миогоэлектродного датчика Холла от числа пар электродов [Л. 6].

ствить питание датчиков Холла от одного источника и отдачу напряжения Холла на одну и ту же нагрузку. Сзщественными недостатками такой конструкции

Выход

Рис. 5-16. Развя.жа по цепям питания и выходным цепям в многоэлектродном датчике Холла [Л. 6].

являются ограничения частоты работы датчика Холла и особенно непригодность такого датчика Холла для цепей, работающих на постоянном токе.

5-5. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА

Рассмотрим теперь температурные свойства полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления кристаллических датчиков Холла. На рис. 5-17 и 5-18 представлены температурные зависимости коэффициентов а и 3 для германия, кремния, антимонида и арсенида индия, а также арсенида - фосфида индия [Л. 247]. Коэффициенты аир определяются следующими выражениями;

1 dp

(5-40)

(5-41)

Из этих рисунков и зависимостей следует, что получение большой чувствительности датчика Холла несовместимо с требованием сохранения хороших температурных свойств. Поэтому критерий выбора материала будет компромиссом между требованиями, предъявленными к температурным зависимостям выходного напряжения или тока и к чувствительности датчика. На осно-

%/грш)

Х/граО

а,

,00 г;/

Уо/град

0.4 -0.6

ве характеристик, представленных на рис. 5-17 и 5-18, можно найти максимальную температуру работы датчика Холла, определяемую окружающей температурой и джоулевым теплом, при задании некоторых допустимых значений коэффициентов а и р. На рис. 5-19 показана зависимость допустимого превышения температуры в германии для р<0,5%/г/7а!(3 от удельного сопротивления [Л. 235]. На следующем рисунке представлена полученная с использованием формул (5-10) и (5-11) зависимость от р максимального управляющего тока для пластины с размерами 1,2X0,6x0,02 см? при том же условии p<0,57o/2/7ad (рис. 5-20).

Далее для тех же самых условий определены напряжение Холла и мощность, отдаваемая в нагрузку. Результаты расчетов представлены на рис. 5-21. Из него следует, что для упомянутых температурных и геометрических условий наибольшая мощность, которая может быть получена с холловских электродов, реализуется при использовании германия с удельным сопротивлени-

%/град

Рис. 5-17. Температурные зависимости коэффициента

а -ДЛЯ Ge; б -для Si; в -для InSb; г -для InAs; в-для InASfljPp; е-для InAsj дР j.

-« гбО 500 540 380 "кш

240 320 400 480 "К 560

о 40 80 120 г 160 а)

220 260 300 340 "К 380

7о1град

40 О 40 О 100

30 "0120 "С 200

С 200

%1град

Рис.р(5-18. Температурные зависимости коэффициента 1 н

а - для Ое; б - для S1; в - для InSb: г - для InAs; д - Дяя InA8o,gPo,4: « -

для InASggPflj.

ем около 0,55 ом-см, а получение наибольшего напряжения обеспечивает германий с удельным сопротивлением р-1,5 ом-см [Л. 235 и 484].

Аналогичные расчеты можно произвести и для других материалов. В качестве примера приведем зависимости /хмакс, UyMSKc = f{n) для датчиков Холла из арсе-

60 °С

ма 100

oj 02 05 г 1 2ом-см 5 0,1 0,2 0,5 1 2ом-см 5

Рис. 5-19. Зависимость допустимого перегрева в германии от удельного сопротивления для Р< 0,5 »/о/грай [Л. 235].

Рис. 5-20. Зависимость максимального управляюк,его тока в германиевом датчике Холла от удельного сопротивления для Р<0,5%/гра(? [Л. 235].

нида индия, показанные на рис. 5-22 и 5-23. Эти кривые построены по данным, содержащимся в работе Карамышевой [Л. 606]. Из рис. 5-23 следует, что наиболее приемлемым материалом является InAs с концентрацией д=.(3--5) • 10б и i?„=lO€--120 CMlK. Другие работы [Л. 247 и 602] подтверждают эти данные относительно InAs. На рис. 5-24

представлена зависимость значения

в функции, концентрации носителей для Ge, Si,

InAs и InAsP. Коэффициент является показате-

лем максимального напряжения, какое можно получить с датчика Холла, изготовленного из материала с определенными параметрами (5-11). Кривые на рис. 5-24 рассчитаны в предположении, что р0,3%/г/7а(?. Зависимости для InSb не приводятся, так как условию РО>3%/г/7а(Э отвечает только материал с nlO см-. дакой материал характеризуется небольшими значениями Rn порядка 3,0-4,0 смЦк,.