Таблица 7-2

Мощность, отдаваемая датчиком Холла при согласованной нагрузке {В=Ю кгс)

• Для случая работыв лннейноминтервале статической характеристики. *• ПриобеспеченннХхороп.его теплового контакта с массой металла.

В § Ь-4. Там же даны формулы, определяющие мощность, которую можно получить от датчика Холла. В табл. 7-2 представлены параметры, необходимые для определения максимальной мощности, а также ее величины в реальных датчиках Холла согласно формуле (5-32). Расчеты произведены для значения индукции 5=10 кгс. Результаты, приведенные в таблице, подтверждают теоретические выкладки, изложенные в § 5-2. Датчики Холла из InSb отличаются наибольшей мощностью отдачи, причем особого внимания заслуживает пленочный датчик Холла SV1301. Он отличается конструкцией, обеспечивающей хороший отвод тепла при соприкосновении с большой массой металла (например, полюсными наконечниками магнита) и позволяющей благодаря этому получать очень большие выходные напряжения. Однако необходимо подчеркнуть, что большой выходной мощности в датчиках Холла, изготовленных из InSb, сопутствует нелинейность характеристик вследствие большой температурной зависимости основных параметров этих датчиков.

7-3. НАПРЯЖЕНИЯ, СОПУТСТВУЮЩИЕ ХОЛЛОВСКОМУ

К этим напряжениям, рассмотренным уже в предыдущих разделах, относятся остаточные напряжения - резистивное, термоэлектрическое и термомагнитное.

Как известно, коэффициент го характеризует величину сопротивления области, ограниченной эквипотенциаль-142

ными поверхностями, на которых находятся холловские электроды. При достижении определенной точности размещения электродов предельное значение коэффициента го будет определяться удельным сопротивлением пластины. В табл. 7-3 представлены значения удельного сопротивления, типичные сопротивления пластин, а также значение коэффициента го в датчиках Холла, выполненных из разных материалов. Остаточное напряжение можно скомпенсировать полностью (в случае работы при установившемся значении управляющего тока Ix) или частично (При работе датчика Холла в качестве перемножителя) компенсационной схемой.

Таблица 7-3

Удельные сопротивления и первичные остаточные напряжения в датчиках Холла, изготовленных нз различных материалов

Ha рис. 7-7 1[Л. 3, 101, 26в, 448, 473] дано несколько примеров компенсационных схем. Схемы на рис. 7-7,а, б, г пригодны для обычных четырехэлектродных датчиков Холла, зато остальные предназначаются для специальных конструкций пластины с пятью электродами. Из этих схем наиболее удобна схема на рис. 7-7,г, которая практически не вызывает потерь ни мощности питания, ни полезной мощности, а также не требует дополнительных источников питания.

Осуществление компенсации термического остаточного напряжения, нелинейно зависящего от тока, более затруднительно. Если при работе с установившимся значением тока /х его можно скомпенсировать вместе с ре-зистивным остаточным напряжением, то при работе с меняющимся током компенсация термического остаточного напряжения с помощью схем, приведенных на рис. 7-7, не дает положительных результатов. Подтверждением этому является рис. 7-8 [Л. 238]. На этом рисунке представлены характеристики германиевого датчика Холла, снятые в случае схемы, показанной на рис. 7-7,г

»а 1аГа«»-.-

Рис. 7-7. Схемы компенсации печи-

7cirj~ ~ Х°«а можно

(7-2)

Рассуждения ограничиваются областью квадратичной зависимости вторичной асимметрии от тока х- Очевидно, что при работе с установившимся значением управляющего тока /х = const остаточное напряжение не будет играть никакой роли, поскольку его можно скомпенсировать. Зато существенным будет участие напряжения вторичной асимметрии при работе с 1зменяющимся зна-144

чением управляющего тока. Пользуясь зависимостями (б-И), (6-43) и (5-44), а также обозначив

U*y = Uy-{-U"y, (7-3)

получим следующее выражение, определяющее влияние остаточного напряжения на напряжение Холла для датчика Холла, в котором резистивное остаточное напряжение не скомпенсировано [Л. 241, 252]:

(7-4)

В-случае компенсации напряжения U*y при некотором значении управляющего тока 1хо зависимость (7-4) принимает вид:

U"y fey, (/х-/..)

(7-5)

Как следует из вышеприведенны; зависимостей, влияние остаточного напряжения на -характеристику перемножения будет тем меньшим, чем меньшим будет соотношение п/у. Особенно существенной будет доля оста- точного напряжения в выходном напряжении датчика Холла при малых значениях В. На рис. 7-9 показана зависимость величины U*ylUyH и "vlvH от В для типичного германиевого датчика Холла СН1. Влияние остаточного напряжения на температурные характеристики датчиков Холла будет рассмотрено в следующей главе.

О вкладе напряжения Эттингсгаузена и термомагнитных составляющих напряжения в напряжение Холла уже говорилось в § 4-2. Проанализируем теперь еще раз влияние термомагнитных эффектов с точки зрения величины погрешности, вносимой этимц эффек-10-1401

Рис. 7-8. Зависимости термического остаточного напряжения в германиевом датчике Холла от управляющего тока.

Зависимости сняты с помощью схемы, изображенной на рис. 7-7,г; параметром является значение тока, при котором достигалась компенс-щия резистивного остаточного напряжения (Л. 2381.

тами в напряжение Холла. Напряжения Эттингсгаузена и Риги-Ледюка являются в сущности термоэлектрическими напряжениями, возникшими благодаря попсреч-

0 г i 6 8 кгс Рис. 7-9. Вклад остаточного напряжения з выходное напряжение

v2rrS.\T%ST ™.-/,%"

: 50 ма; 2~~-Л. ; / -ю ма; 3 - "уН "

: /,.=50 ма;

ной разности температур. Эти напряжения определяются следующими зависимостями:

Uy.s-Qbl B,,

(7-6) (7-7)

(7-8)

где/", Q ,5 -коэффициенты Эттингсгаузена, Нернста- Эттингсгаузена и Риги -Ледюка соответственно. Если принять, что

f.m=f,н + f/,н+f/,«.. (7-9)

то мерой вклада термомагнитных эффектов в напряжение Холла в соответствии с формулами (5-14), (7-6) -

(7-9) будет следующее выражение:

, dT

(Q-L:+5y)-rfJ

(7-10)

Из формулы (7-10) следует, что вносимая относительная погрешность не зависит от индукции. Напряжения Нернста - Эттингсгаузена и Риги -Ледюка в пластинках, обтекаемых постоянным током, могут возникать под влиянием эффекта Пельтье (см. § 2-7 и 4-2). Ввиду этого выгодно изготовлять датчики Холла с возможно большим отношением ajb.

В табл. 7-4 представлены данные, необходимые для вычисления отношения Нутм/ун по формуле (7-10), и приведены результаты расчетов. Следует, однако, отметить (в соответствии с изложенным в гл. 3); что до сих пор нет полных данных по коэффициентам Р, Q-L 5 для рассматриваемых материалов. Расчеты проведены для градиента температуры dTldx=\ град/см при максимальной величине /тмакс управляющего тока и при токе 0,1 /жмакс- При этом рассматривался наименее выгодный случай, когда все термомагнитные напряжения складываются (тогда как при соответствующем выборе направлений тока и инду ции различные составляющие термо-магиитного напряжения могут иметь разные знаки). Оказывается, что термомагнитное напряжение вносит наибольшую погрешность в области малых управляющих токов, однако даже при токе 0,1 /хмакс доля утм в на-Пряжении Холла в датчике из InSb не превышает 0,4"/о. В датчиках Холла, изготовленных из других материалов, эта доля еще меньше. Поэтому погрешность, вносимую термомагнитными напряжениями, нужно учитывать только в особых случаях.

7-4. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

В этом параграфе будут рассмотрены температурные зависимости выходного напряжения и тока датчика Холла в связи с температурными свойствами полупроводникового материала и с условиями работы датчика в электрической схеме [Л. 244 и 247].

а) Схема холостого хода. На рис. 7-10 представлена схема датчика Холла без отбора тока 1у. Выходное на-10* 147