1.11 Операциондық күшейткіштермен бірлескен Холла элементтерінің қолданылуы

1.17 және 1.18 суреттерінде мысал ретінде, Холланың дискретті элементтері және операционды, аспапты күшейткіштер қолданылған екі жеткілікті қарапайым магнитті қабылдағыш құрылғылар сызбалары көрсетілген. Бұл сызбалар қосымша түсінікті қажет етпейді. Олардың термотұрақтылық үшін арнайы элементтері болмайды және олар зертханалық шарттар немесе демонстрационды міндеттер қолданысы үшін арналған.

Сурет 1.17 - Өрісті Холла элементі (ӨХЭ) мен аспапты күшейткіш қолданылатын магнитті қабылдағыш құрылғысының электрлі

сызбасы

Сызбада, 1.17 суретінде магниттік өріс түрлендіргіші ретінде өрісті Холла датчигі (ӨХД) қолданылып көрсетілген. Ол операционды күшейткіште (DA2) орындалған тоқ көзінен қоректенеді.

АМР – 04 (немесе INA 118) аспапты күшейткішінің интегралды сызбасы Холла элементінің күшейткіш дабылы ретінде қолданылады. Құрылғының магнитті сезімталдығы R7 резисторымен тұрғызылады, ал Холла элементінің жұмысшы тоғы – R1 және R2 резисторларымен тұрғызылады. Нөлдік теңгеру R5 және R6 резисторлары арқылы жүргізіледі.

Сызба, басқарушы күштің ӨХД-терінің ысырмасына берілу жолы арқылы шығу дабылының модуляциясын қарастырады. Құрылғы екі полярлы тоқ көзінен қоректенеді. Кернеудің қоректенуі 12В болғанда, тоқтың тұтынуы ±10мА құрайды.

Сурет 1.18 – Кремнийлі Холла элементі мен операционды күшейткіш қолданылатын магнитті қабылдағыш құрылғысының шығу каскадының сызбасы.

Сызбада, 1.18 суретінде магниттік өріс түрлендіргіштерінде ДХК-0,5 түріндегі кремнийлі Холла элементі қолданылады. Ол қоректену тізбегіне екі шектелген резисторлар (R1, R2) арқылы қосылады. Холла элементінің күшейткіш дабылы ретінде корпуссыз орындалған 74УД2Б операционды күшейткішінің микросызбасы қолданылады. Магнитті қабылдағыш құрылғысының сезімталдығы R3 резисторы мен R1, R2 резисторлары арқылы тұрғызылады.

12. Интегралды Холла элементтерінің қолданылу ерекшеліктері

Соңғы уақытта Холла элементтері аса кеңінен таратылатындар қатарында болады. Олар бірыңғай технологиялық циклде орындалған және интегралды сызбаның басқа элементтерімен бірге, бір кристаллда Холла элементінің дабылының күштілігі мен тазалығын қамтамасыз етеді.

Интегралды Холла элементтерінің жобалануы, дайындалуы және қолданылуының бірнеше ерекшеліктері бар. Олар минималды мәндегі U_қалд қалдық кернеуі мен көрсетілген параметрлердің тұрақтылығының максималды магниттік сезімталдығын алумен байланысты.

U_қалд қалдық кернеуі шамасының жоғарғы мәні бірнеше фактормен түсіндіріледі, олардың ішінде негізгі материалдың, деформацияның салыстырмалы кедергісінің градиентін және аспаптың геометриясын анықтауда фотоүлгінің қосылмауын белгілеп өтуге болады және т.б.

Магниттік өріс болмағанда, U_қалд қалдық кернеуін өлшеудің бір себебі – механикалық кернеуге кремнийдің сезімталдығы болып табылады. Ол орынсыз шығу кернеуінің пайда болуына әкеледі және Холланың ЭҚК-інің тіркелуінде қателік сияқты болып келеді.

Деформация деңгейінде өзгеріс болғанда, пластина байланысы болғанда, пластинаны кескенде және оны кристаллдарға бөлгенде, корпустағанда, сонымен қатар, бұйымдарды эксплуатациялағанда елеулі қателіктер пайда болады. Мысалы, кернеу деңгейінің өзгеруі жылу коэффициентінде кристаллдың кеңею ерекшелігі есебіне және қоршаған орта температурасының жоғарылауына немесе төмендеуіне байланысты пайда болады.

Кремний күшті пьезорезистивті эффектке ие болады, сонымен қоса Холла элементі төртполюсті бола тұрып, едәуір өзгірістегі кернеуге әсер етеді. Осы реакцияда көрсетілген эффект арқылы пайда болады.

Интегралды микросызбаның басқа элементтерімен бірге Холла элементтерін құрған кезде пайда болған, анықталған қайшылықтар технологиялық және сызбатехникалық әдістер арқылы шешіледі. Олардың ішіндегі аса белгілісі Холла элементінің симметриялы топологиясының қолданысы (әдетте квадратты көрсететін) және анықталған үлгіде байланысқан, өзгертілген бірнеше элементтің қолданысы. Интегралды Холла элементтерінің байланыс түрлері 1.19 суретінде көрсетілген.

Бір-біріне қатысты, бір ғана жазықтықта 90° бұрышта орналасқан, параллельді байланыстағы элементтерді қарастырайық (оларды «ортогональды қозғау» деп атайды). Осы тәріздес үлгіде екіден он алтыға дейін және одан көп элементтерді байланыстыруға болады. Магнитті сезімталды және магнитті басқарушы интегралды сызбаларды дайындаған кезде, осындай байланыстар кеңінен қолданылады. Өйткені мұндай жағдайда Холланың (сезімталдық) кернеуі сақталады, ал Холла элементінің шығу дабылы, сонымен қоса пьезокедергі немесе механикалық кернеу эффекті толықтырылады және де бұл қалдық кернеу шамасының төмендеуі мен аспаптың термотұрақтылығының көтерілуіне әкеліп соқтырады.

Көпэлементті симметриялы Холла элементтері, әдетте, құрылым алдында айқын артықшылықтарға ие болады. Деформация мен өзгерістің максималды толықтырылуымен қамтамасыз ету үшін оларды осы үлгіде байланыстыру қажет.