боре типа датчика Холла, электрической схемы и конструкции измерителя следует принимать во внимание одни соображения для значений индукции, например, 10 гс, и совсем другие -для 10 гс; по этой причине разделим вышеуказанный полный диапазон на три следующих поддиапазона.

1. Магнитные поляс индукцией 10-10 гс. В указанной области магнитных полей напряжение на выходе датчиков Холла Uy лежит в пределах от нескольких десятков милливольт до нескольких вольт, а мощность- до нескольких сот милливатт. Эти значения достаточно велики,чтобы напряжение Холла можно было измерить непосредственно с помощью чувствительного магнитоэлектрического прибора (в случае постоянного поля) или с помощью повышающего трансформатора, выпрямителя и магнитоэлектрического прибора (в случае переменного поля).

Управляющий ток Ix чаще всего берется постоянный-от сухой батареи, аккумулятора илн выпрямленный от сети.

Если имеют место значительные колебания температуры окружающей среды или большое повышение температуры из-за рассеиваемой в датчике Холла мощности, то следует использовать датчики Холла, изготовленные из материала, обладающего малым температурны.м коэффициентом постоянной Холла, т. е. из InAs или из InAsP.

В случае широкой области сильных магнитных полей нужно особенно тщательно выбирать материал полупроводника и параметры схемы, обеспечивающие линейную зависимость напряжения Холла от магнитной индукции.

2. Магнитные поля с индукцией 10-10 гс. В этой области измеряемых индукций можно получить выходное напряжение Uy в среднем от нескольких сот микровольт до нескольких десятков милливольт, а выходную мощность -до десятка и больше милливатт. Следовательно, еще существует возможность непосредственного измерения постоянного выходного напряжения с помощью высокочувствительного магнитоэлектрического прибора с малой потребляемой мощностью (с подвесной подвижной системой). Именно такой измеритель с нижним поддиапазоном измерения О-50 э при чувствительности 0,3 э описан в работе [Л. 464].

Чаще, однако, приходится рассчитывать на использование компенсационных схем. 184

Изложенные соображения влекут за собой необходимость питания датчика Холла переменным током, усиления и детектирования выходного напряжения. Поскольку при этом не предъявляются специальные требования к выходной мощности, а важна лишь наивысщя вольтовая чувствительность, то можно, кроме датчиков из InAs и InAsP, применять также датчики Холла из германия я-типа.

Если измеряемое поле занимает достаточно большой объем и допустимы некоторые искажения поля, то на нижней границе этого поддиапазона можно использовать концентраторы, что дает возможность-отказаться от использования усилителей и в случае индукции величиной 1 -10 гс.

3. Магнитные поля с индукцией 10~-10 гс. Измерение малых и сверхмалых магнитных полей связано с применением чувствительнейшей измерительной техники и с учетом специальных соображений, касающихся выбора материала, технологии, электрической схемы и конструкции прибора. Обычно выходное напряжение датчика Холла в этом случае является переменным, с тем чтобы его можно было легко усилить. Датчики Холла отбираются с точки зрения максимальной магнитной чувствительности (я-Ое), минимального напряжения шумов (InSb, InAs), минимального влияния термоэлектрических эффектов (InAs, InAsP), а также минимального остаточного напряжения (InAs, InAsP, InSb).

Компенсация температурного дрейфа и остаточного напряжения должна осуществляться без уменьшения холловского напряжения.

Повысить магнитную чувствительность датчиков Холла можно, применяя: 1) концентраторы, 2) концентраторы с обмоткой положительной обратной связи, 3) питание датчика Холла импульсами управляющего тока большой амплитуды (при неизменной действующей величине тока), 4) усовершенствованное охлаждение датчика Холла или понижение температуры окружающей среды, благодаря чему можно увеличить управляющий ток, и 5) измерительные зонды, изготовленные в виде батареи датчиков с последовательно соединенными холловскими цепями.

Иногда используются несколько этих способов одновременно.

Б. Переключение диапазона измерений. Измepитeл магнитной индукции строятся обычно (за исключением*; специальных исполнений) как многопредельные, посколь-; ку стоимость и технические трудности получения несколь-:, ких диапазонов составляют лишь небольшой процент от стоимости однопредельного измерителя. Крайние поддиапазоны не должны отличаться больше чем на 3-5 порядков величины измеряемого поля, так как при дальнейшем расширении этих границ следовало бы уже переходить к другому способу питания датчика Холла и измерения его выходного напряжения.

Переключение поддиапазонов (ступенчатое изменение чувствительности) измерителя можно осуществить тремя способами.

1. Путем скачкообра.-ного изменения управляющего тока, т. е. путем ступенчатого изменения либо сопротивления вход-либо - реже - напряжения способ позволяет полу-

Рис. 13-1. Переключение поддиапазонов измерения путем ступенчатого изменения величины сопротивления (R1-R4) в цепи управляющего тока.

ной цепи (рис. 13-1), источника питания. Этот чить - на разных поддиапазонах - одинаковую зеличи ну холловского напряжения для данного деления шкалы при неизменных параметрах холловской цепи ввиду соблюдения линейности шкалы на всех поддиапазонах. При этом после переключения поддиапазона нужно некоторое время для установления теплового режима датчика Холла. Для каждой величины управляющего тока следует выбрать соответствующую систему резисторов, компенсирующих остаточное напряжение.

2. Путем изменения выходной чувствительности измерителя, например благодаря переключению последовательных сопротивлений милливольтметра. При этом управляющий ток остается одним и тем же для всех поддиапазонов. Это оказывает полезное влияние на тепловой режим датчика Холла и позволяет использовать схему компенсации остаточного напряжения, не приводящую к снижению холловского напряжения. Неудобством, однако, является изменение величины сопротнв-186

Рис. 13-2. Переключение поддиапазонов измерения при сохранении сопротивления нагрузки Ri-Ri и неизменном управляющем токе.

ления нагрузки в холловской цепи и возникающие вследствие этого трудности с получением соответствующего режима затухания выходного измерительного прибора, а также с получением одинаковой шкалы на всех поддиапазонах.

Этих неудобств можно избежать, применяя, например, схему, изображенную на рис. 13-2. При неизменной величине тока 4 и постоянной нагрузке (величина входного сопротивления лампы настолько велика, что не шунтирует нагрузку iR) смену диапазонов производят подключением к резисторам

Ri-R,.

3. Комбинированием ступенчатого изменения управляющего тока и изменения чувствительности ВЫХ0ДИ01Г0 прибора, как, например, в измерителе фирмы «(Сименс»

(рис. 13-9). Это способствует меньшим изменениям теплового режима и сопротивления нагрузки при измерениях на многих поддиапазонах. В приборе фирмы «Сименс» использована схема, позволяющая при сменах диапазона иметь постоянную величину нагрузки датчика Холла, благодаря чему получена общая шкала для всех шести поддиапазонов.

В. Повышение чувствительности датчиков Холла. Измерение малых значений магнитной индукции сводится к измерению малых электрических напряжений - постоянных или переменных - с помощью чувствительных электрических приборов: гальванометров или приборов с предварительными усилителями. Если напряжение Холла сравнимо с напряжением помех, шумов и т. п., то следует стремиться к повышению напряжения сигнала с выхода датчика Холла. Это можно сделать несколькими способами:

I. С помощью концентраторов. Это своего рода усилители холловского напряжения. Они позволяют многократно повысить чувствительность датчиков Холла. Применение положительной обратной связи [Л. 711], полу-

Б. Переключение диапазона измерений. Измеритела, магнитной индукции строятся обычно (за исключением) специальных исполнений) как многопредельные, посколь-f ку стоимость и технические трудности получения несколь- ких диапазонов составляют лишь небольшой процент от стоимости однопредельного измерителя. Крайние поддиапазоны не должны отличаться больше чем на 3-5 порядков величины измеряемого поля, так как при дальнейшем расширении этих границ следовало бы уже переходить к другому способу питания датчика Холла и измерения его выходного напряжения.

Переключение поддиапазонов (ступенчатое изменение чувствительности) измерителя можно осуществить тремя способами.

1. Путем скачкообразного изменения управляющего тока, т. е. путем ступенчатого изменения либо сопротивления вход-либо - реже - напряжения способ позволяет полу-

Рис. 13-1. Переключение поддиапазонов измерения путем ступенчатого изменения величины сопротивления (R1-R4) в цепи управляющего тока.

ной цепи (рис. 13-1),

источника питания. Этот

чить - на разных поддиапазонах - одинаковую величину холловского напряжения для данного деления шкалы при неизменных параметрах холловской цепи ввиду соблюдения линейности шкалы на всех поддиапазонах. При этом после переключения поддиапазона нужно некоторое время для установления теплового режцма датчика Холла. Для каждой величины управляющего тока следует выбрать соответствующую систему резисторов, компенсирующих остаточное напряжение.

2. Путем изменения выходной чувствительности измерителя, например благодаря переключению последовательных сопротивлений милливольтметра. При этом управляющий ток остается одним и тем же для всех лоддиапазонов. Это оказывает полезное влияние на тепловой режим датчика Холла и позволяет использовать схему компенсации остаточного напряжения, не приводящую к снижению холловского напряжения. Неудобством, однако, является изменение величины сопротив-186

Рис. 13-2. Переключение поддиапазонов измерения при сохранении сопротивления нагрузки и неизменном управляющем токе.

ления нагрузки в холловской цепи и возникающие вследствие этого трудности с получением соответствующего режима затухания выходного измерительного прибора, а также с получением одинаковой шкалы на всех поддиапазонах.

Этих неудобств можно избежать, применяя, например, схему, изображенную на рис. 13-2. При неизменной величине тока и постоянной нагрузке (величина входного сопротивления лампы настолько велика, что не шунтирует нагрузку R) смену диапазонов производят подключением к резисторам R\-Ra-

3. Комбинированием ступенчатого изменения управляющего тока и изменения чувствительности выходного Прибора, как, например, в измерителе фирмы «Сименс»

(рис. 13-9). Это способствует меньшим изменениям теплового режима и сопротивления нагрузки при измерениях на многих поддиапазонах. В приборе фирмы «Сименс» использована схема, позволяющая при сменах диапазона иметь постоянную величину нагрузки датчика Холла, благодаря чему получена общая шкала для всех шести поддиапазонов.

В. Повышение чувствительности датчиков Холла. Измерение малых значений магнитной индукции сводится к измерению малых электрических напряжений - постоянных или переменных - с помощью чувствительных электрических приборов: гальванометров или приборов с предварительными усилителями. Если напряжение Холла сравнимо с напряжением помех, шумов и т. п., то следует стремиться к повышению напряжения сигнала с выхода датчика Холла. Это можно сделать несколькими способами:

1. С помощью концентраторов. Это своего рода усилители холловского напряжения. Они позволяют многократно повысить чувствительность датчиков Холла. Применение положительной обратной связи [Л. 711], полу-