Датчики Холла и магниторезисторы - Кобус А., Тушинский Я.

Автор: Кобус А. Тушинский Я.

Теги: электротехника электроника радиоэлектроника издательство энергия

Год: 1971

Похожие

Датчики. Справочник

Материалы электронной техники

Физика полупроводниковых приборов. Книга 1

Молекулярно-лучевая эпитаксия и развитие технологии полупроводниковых сверхрешеток и структур с квантовыми ямами

Текст

А. КОБУС, Я. ТУШИНСКИЙ
ДАТЧИКИ
ХОЛЛА
И МАГНИТОРЕЗИСТОРЫ
Перевод с польского
В. И. Тихонова и К. Б. Макидонской
под редакцией О. К. Хомерики
«ЭНЕРГИЯ» • МОСКВА • 1971
6Ф6.5
К 55
УДК 621.382.6
А. Кобус, Я. Тушинский
К 55 Датчики Холла и магниторезисторы. Пер.
с польск. В. И. Тихонова и К- Б. Макидонской, под
ред. О. К- Хомерики, М., «Энергия», 1971.
352 с. с ил.
В книге охвачена совокупность вопросов, связанных со свой-
ствами, технологией изготовления, конструкцией и применением дат-
чиков Холла и магниторезисторов. Книга предназначена Для инже-
неров и техников, работающих в области измерительной техники,
радиоэлектронных, вычислительных и- автоматических устройств.
Книгой могут пользоваться также студенты технических вузов.
3-3-13
221-70
6Ф6.5
Andrzej Kobus, Janusz Tuszynski
Hallotrony i Gaussotrony
Wydawnictwa naukowo-techniczne, Warszawa, 1966
А. Кобус, Я. T ушинский
ДАТЧИКИ ХОЛЛА И МАГНИТОРЕЗИСТОРЫ
Редактор М. П. Соколова
Переплет художника А. А. Иванова
Технический редактор В. В, 3 е р к а л е н к о в а
Корректор А. К. У л е г о в а
Сдано в набор 2/Х 1970 г. Подписано к печати 4/Ш 1971 г.;-.
Формат 84Х108'/32 Бумага типографская № £
УсЛ. печ. л. 18,48 Уч.-изд. л. 21,0»
Тираж 8 0 00 экз. Цена 1 р. 60 коп. Зак. 1401*
Издательство .Энергия’. Москва. М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР. 1'1
Шлюзовая наб., 10.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
Предлагаемая вниманию советских читателей книга
«Датчики Холла и магниторезисторы» является перево-
дом второго издания монографии польских авторов
Анджея Кобуса и Януша Тушинского, вышедшей в свет
в 1966 г, в Варшаве. В ней обобщен и систематизирован
достаточно обширный материал по теории и применению
датчиков Холла и магниторезисторов. Необходимо под-
черкнуть, что дать исчерпывающий обзор работ, посвя-
щенных гальваномагнитным явлениям и в особенности
техническому применению датчиков Холла и магнито-
резисторов, даже в книге значительно большего объема,
чем настоящая, не представляется возможным. Объяс-
няется это тем, что после открытия полупроводников с
высокой подвижностью носителей перспективы исполь-
зования датчиков Холла и магниторезисторов резко воз-
росли, причем область возможного применения этих но-
вых элементов с каждым днем расширяется. Иллюстра-
цией этому может служить хотя бы приводимый в конце
книги список литературы, который, кстати сказать, яв-
ляется далеко не полным.
> Интенсивное расширение области применения датчи-
ков Холла и магниторезисторов и непрерывное совер-
шенствование их параметров привели к тому, что часть
устройств, описанных в настоящей книге, успела уста-
реть, в то время как новые исследования и приборы не
смогли быть в ней отражены. Тем не менее книга пред-
ставляет несомненную ценность для производственников
и научных работников, специализирующихся в области
автоматики, вычислительных устройств, измерительной
техники, электроники, радиотехники.
Следует отметить, что некоторые положения, приво-
димые авторами, являются спорными. Однако содержа-
ние книги оставлено по возможности близким к оригина-
лу. Отдельные недостатки книги (не всегда оправдан-
3
ные повторения, неровность стиля, конспективность из-
ложения ряда вопросов) окупаются тем, что она, по су-
ти дела, является наиболее полным обобщением нового
раздела электроники. И исследователям, и инженерам-
практикам предстоит большая работа по освоению этого
еще молодого раздела. Цель настоящей книги — способ-
ствовать решению указанной задачи.
В книге в основном используются единицы системы
СИ (например, секунда, ампер, вольт, ом и т. д.) или
кратные им (милливольт, сантиметр и т. д.). Однако в
’•’ячестве магнитных единиц (например, напряженность
и индукция магнитного поля и др.), а также в некото-
рых отдельных случаях применяются единицы симмет-
ричной системы СГСС (или «гауссовой» системы еди-
ниц). Поскольку переход к использованию в переводе
книги только единиц СИ потребовал бы неоправданно
большой работы по пересчету множества численных зна-
чений как в тексте, так и на рисунках, при переводе бы-
ли сохранены использованные в оригинале единицы.
В связи с этим целесообразно привести таблицу перево-
да употребляемых в книге единиц в единицы системы СИ.
Физическая величина Единица измере- ния в системе СИ Единица измере- ния, используемая в книге Соотношение между единицами
Напряженность ампер на эрстед (з) 10’ 1 ?—4п а/м
магнитного метр (ч/л) или
поля ампер-виток на
метр (чв/л)
Магнитная тесла (тл) гаусс (гс) 1 гс=Ю-4 тл
Магнитный вебер (вб) максвелл (мкс) 1 Л4КС = 10-’ вб
поток
Абсолютная генри на гаусс на эрстед 1—=
магнитная метр (гн/л) (гс/з)
проницаемость =4 к-10~7 гн/м
Энергия джоуль (дж) электрон-вольт И) 1 эв= =1,60-10-’» дж
кал
Удельная джоуль на калория на г-град~
теплоемкость килограмм-гра- грамм-градус дж
ДУС (кал/г-град) = 4 187 —~
1 (дж/кг-град) KZ * Z jjtlu
О. К. Хомерики
ПЕРЕЧЕНЬ ВАЖНЕЙШИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Подстрочные индексы
х, у, z — соответствующие компоненты тока, напря-
женности или индукции согласно обозна-
чениям на рис. 2-10;
п, р — относящийся к полупроводнику п- или
р-типа;
е, h — относящийся к электрону (дырке).
Другие особые обозначения
А — векторная величина;
6 — разность;
А — приращение.
Обозначения
А - Холл-фактор;
A, Ai — постоянные;
а—длина холловской пластины; расстояние
между зондами при компенсационном
измерении напряжения;
В — магнитная индукция;
Вг — остаточная индукция;
(ВН) — магнитная энергия;
b — ширина холловской пластины;
6 = р.п/цг, — отношение подвижностей электронов и
дырок в полупроводнике;
Ь = В/В — единичный вектор магнитной индукции;
С — емкость;
С. D — поправки, используемые при измерениях
удельного сопротивления;
с — толщина холловской пластины;
D — коэффициент диффузии носителей тока;
Do — коэффициент амбиполярной диффузии;
£— напряженность электрического поля;
Еа — энергия ионизации акцепторного уровня;
Ed — энергия ионизации донорного уровня;
Eg — ширина запрещенной зоны;
Ео — потенциал внутреннего поля (возникаю-
щего из-за неоднородностей материала);
Ew — напряженность электрического поля эф-
фекта Тауца;
е — элементарный заряд;
F — сила Лоренца; погрешность перемножения
датчика Холла; намагничивающая си-
ла (н. с.);
f — частота;
GH — геометрический поправочный коэффициент
в формуле для напряжения Холла;
GM — геометрический поправочный коэффициент
в формуле для сопротивления магниторе-
зистора;
g — ускорение силы тяжести;
Н — напряженность магнитного поля;
Нс — коэрцитивная сила;
Ht — тангенциальная составляющая напряжен
ности магнитного поля;
/ж— управляющий ток датчика Холла;
1х0 — величина управляющего тока, при кото-
рой 'происходит компенсация остаточного
напряжения;
1У — ток, протекающий через холловские элек-
троды;
It — ток якоря;
I — плотность тока;
eD
i = ;
к — постоянная Больцмана;
k — постоянная; коэффициент пропорциональ-
ности;
kt — коэффициент усиления по току датчика
Холла;
kv — коэффициент усиления по напряжению
. датчика Холла;
kw\...п — коэффициент напряжения Тауца:
I, _ Uyw h! ____ Uyw .
Kw-- .2 j К w-- 2 ’
'x

; 2
6
kTX _ n — коэффициенты термоэлектрического напряжения:
L — Loe® —эффективная длина диффузии носи-
телей тока;
Lo — длина диффузии инжектированных
носителей тока;
, г'о
1 = -п—а—расстояние между эквипотенциаль-
Ах
ными поверхностями, на которых
находятся холловские контакты дат-
чика;
М— момент вращения электрической
машины;
N — эффективная плотность состояний;
А/а — концентрация акцепторов;
Nd— концентрация доноров;
Ni — концентрация примеси;
п — концентрация электронов;
пА—концентрация электронов на акцеп-
торных уровнях;
nt — собственная концентрация;
Р — мощность; коэффициент Эттингс-
гаузена;
Q — реактивная мощность;
Рх— мощность, затраченная в датчике
Холла;
Ру — мощность, отдаваемая датчиком;
р — концентрация дырок;
рв — концентрация дырок на донорных
уровнях;
рп — равновесная концентрация дырок
в «-области;
Qp — тепло Пельтье;
Q1— коэффициент поперечного эффекта
Нернста — Эттингсгаузена;
R— нагрузочное сопротивление;
Rn — коэффициент Холла;
RK— компенсационное сопротивление;
Ro — начальное сопротивление магнито-
резистора (5=0);
7
Ях — сойротиВЛение между ФоковЫМй
электродами датчика Холла;
Rv — сопротивление между холловскими
электродами датчика' Холла;
Rw — внутреннее сопротивление источника
тока;
Ri, 2,..., п — резисторы;
г'о — коэффициент резистивного остаточ-
ного напряжения:
r=RB/R0 — относительный прирост сопротивле-
ния в магнитном поле с индук-
цией В;
S — коэффициент Риги—Ледюка;
S=2ab — площадь поверхности датчика
Холла;'
s — эффективная площадь приведенной
петли; площадь поперечного сечения
пластины; ширина холловских кон-
тактов;
Т — температура;
t — время;
L’м — падение напряжения «а переходе;
Usz — напряжение шумов;
Ux— напряжение между токовыми кон-
тактами датчика Холла;
Uy — э. д. с. на выходе датчика Холла;
UyH, UH — э. д. с. Холла;
U'y — первичное остаточное напряжение;
U"v — вторичное остаточное напряжение;
U\^U'y+U''y-,
UvE — напряжение Эттингсгаузена;
UyNE — напряжение Нернста — Эттингс-
гаузена;
Uvrl — напряжение Риги — Ледюка;
Uyo — резистивное остаточное напряжение;
UyW — напряжение Тауца;
иут — термоэлектрическое напряжение;
иук — напряжение на нагрузке датчика
Холла; .
v — скорость дрейфа носителей тока;
8
vF — скорость дрейфа под действием силы
Лоренца;
Z— полное сопротивление нагрузки;
Zmn—полное сопротивление датчика Хол-
ла как четырехполюсника;
Zw— внутреннее полное сопротивление
источника тока;
а — температурный коэффициент удель-
ного сопротивления; угол поворота;
а' — температурный коэффициент ком-
пенсирующего элемента;
Р — температурный коэффициент по-
стоянной Холла;
— е ’
4=UvhI1xB — чувствительность датчика Холла;
у'= UyH макс/Л — максимальная магнитная чувстви-
тельность;
Уо — чувствительность датчика Холла
при /ун=0;
Yr — эффективная чувствительность дат-
чика Холла при
— неравновесная стационарная концен-
трация инжектированных носителей;
б/?о — концентрация инжектированных но-
сителей в плоскости инжекции;
б — глубина проникновения;
е — расстояние между точкой на реаль-
ной характеристике датчика Холла
и точкой на усредненной характери-
стике;
ц — к. п. д.
9 = Arch
/'О’;
6 — угол Холла; рабочий угол синхронной
машины;
и
То В2
X — длина волны;
— коэффициент согласования с нагру-
зочным сопротивлением;
9
[i — подвижность носителей тока; маг-
нитная проницаемость;
цт — магнитная проницаемость;
цо — подвижность, соответствующая
амбиполярной диффузии; магнитная
проницаемость вакуума;
цр — начальная магнитная проницаемость;
Цг — обратимая магнитная проницае-
мость;
v — коэффициент теплоотдачи; частота
повторения импульсов;
Jj—коэффициент, характеризующий ра-
стекание тока вблизи точечного кон-
такта;
П — коэффициент Пельтье;
р — удельное сопротивление;
рв — удельное сопротивление в магнитном
поле с индукцией В;
Рмакс — максимальное удельное сопротивле-
ние (соответствующее собственной
проводимости);
о — удельная электрическая проводи-
мость;
т — эффективное время жизни носите-
лей тока; длительность импульса;
ср — термо-э. д. с.; фазовый сдвиг;
Ф — температурный коэффициент холлов-
ского тока; магнитный поток;
Т — температурный коэффициент напря-
жения Холла; угол между вектора-
ми тока и магнитной индукции
в эффекте Холла;
со = 2nf — несущая круговая частота;
Q— круговая частота сигнала модуля-
ции.
Глава первая
ВВЕДЕНИЕ
Явление, заключающееся в возникновении э. д. с.
в результате искривления пути носителей тока в метал-
лах, находящихся в магнитном поле, было откры-
то в 1879 г. американским физиком Холлом [Л, 170 и
171]. Это явление в течение многих лет не играло в нау-
ке значительной роли. И только с развитием физики
твердого тела и особенно физики полупроводников зна-
чение эффекта Холла как простого инструмента в изу-
чении структуры твердого тела резко возросло.
Первые предложения по техническому использованию
эффекта Холла были высказаны на рубеже XIX и XX вв.
[Л. 93, 94, 375]. Реальная база для этого возникла, одна-
ко, значительно позднее, а именно со времени разра-
ботки технологии получения полупроводниковых мате-
риалов, характеризующихся значительными подвиж-
ностями носителей тока. К этим материалам относятся:
германий Ge, кремний Si, антимонид и арсенид индия
InSb и InAs, арсенид — фосфид индия InAsP, арсенид
галлия GaAs, селенид и теллурид ртути HgSe и HgTe.
За последние годы в технологических лабораториях раз- I
работано несколько новых материалов, например, кад-
мий-ртуть-теллур CdHgTe, арсенид кадмия Cd3As2, кото-
рые также могут быть пригодны для технических при- ,
менений эффекта Холла.
Одновременно с развитием технологии полупроводни-
ковых материалов, в которых эффект Холла проявляется
в сильной степени, отмечается прогресс и в области полу-
проводниковых приборов, работа которых основана на
этом эффекте. Для электронного элемента, в основе ра-
боты которого лежит эффект Холла и который представ-
ляет собой полупроводниковую пластину с выводами и
защитной оболочкой, в русской литературе принято наз-
11
вание датчик Холла. В иностранной литературе для опре-
деления этого термина употребляются соответственно
следующие названия: немецкое — der Hallgenerator,
английское — Hall generator или Hall unit, польское —
hallotron (холлотрон).
Явление магнитосопротивления (называемое эффек-
том Гаусса), заключающееся в изменении сопротивления
проводящего ток материала под действием магнитного
поля, как и эффект Холла, было известно очень давно.
Изучал его Томсон еще в 1858 г. Результаты, получае-
мые при измерении эффекта магнитосопротивления, так-
же дают возможность судить о физической структуре
полупроводниковых материалов. Эффект магнитосопро-
тивления раньше, чем эффект Холла, стал использоваться
в технических целях. Уже в 1887 г. Ледюк предложил
использовать эффект магнитосопротивления, возникаю-
щий в висмутовой проволочке, для измерения нап)ряжен-
ности магнитного поля. Однако интенсивное развитие
технического применения эффекта Гаусса началось толь-
ко в последние несколько лет. Это также явилось резуль-
татом разработки технологии получения полупроводни-
ковых материалов с большой подвижностью носителей
тока, где эффект Гаусса проявляется особенно сильно.
Вполне возможно, что в недалеком будущем этот эффект
сможет серьезно соперничать с использованием эффекта
Холла.
ч Для элемента, основанного на использовании эффекта
магнитосопротивления (эффекта Гаусса), принято рус-
ское название магниторезистор (иногда — датчик магни-
тосопротивления). В иностранной литературе русскому
термину магниторезистор соответствуют: немецкий —
die Feldplatte или der Felddiskus, английский — magne-
toresistor или field plate, польский — гауссотрон.
Данная книга ставит перед собой цель ознакомить
читателя с датчиком Холла и магниторезистором —
новыми приборами полупроводниковой электроники —
и одновременно показать возможности их применения
в технике.
Из поставленных таким образом задач и вытекает
построение книги.
В первой ее части содержатся сведения, касающиеся
физических явлений, происходящих в пластинах датчи-
ка Холла и магниторезистора, и обзор свойств полупро-
водниковых материалов, которые могут использоваться
12
.> ‘fl
Для конструирования датчиков Холла и магниторези-
сторов. Рассматриваются также физические процессы,
происходящие в этих приборах, в основном с точки зре-
ния влияния их на технические параметры датчика Хол-
ла и магниторезистора. Основы проектирования датчиков
Колла и магниторезисторов изложены таким образом,
1то одновременно поясняют читателю сущность многих
физических явлений, влияющих на реальные характери-
стики этих приборов. В гл. 11 описываются магнитопро-
воды для датчиков Холла и магниторезисторов и их сов-
местная работа.
Вторая часть книги посвящена обзору применения
обоих эффектов, причем сам объем отдельных разделов
уже показывает, насколько велик прогресс во внедрении
соответствующих лабораторных разработок в промыш-
ленность. Именно этим объясняется большой объем раз-
делов, описывающих измерение напряженности магнит-
ного поля и электрической мощности. Многие возможно-
сти применения описаны бегло, так как представляют со-
бой результаты лабораторных исследований, которые не
получили еще подтверждения в широком масштабе.
Несомненно, что в данной книге перечислены не все
возможные применения, так как одна только автомати-
ка уже создает множество возможностей для использо-
вания эффектов Холла и Гаусса. Можно предположить,
что датчики Холла и магниторезисторы в недалеком бу-
дущем станут элементами, неразрывно связанными
с большинством систем автоматики.
Глава вторая
ТЕОРИЯ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ
В ХОЛЛОВСКИХ ПЛАСТИНАХ
Для облегчения усвоения сведений, излагаемых в этой
книге, дадим сначала определение некоторым важней-
шим понятиям, связанным с явлениями инжекции и ре-
комбинации носителей тока в полупроводниках. Более
глубокое разъяснение этих понятий выходит за рамки
этой работы. >
Носители тока — частицы, обладающие способностью
переноса электрического заряда в полупроводниках. Но- '
сителями тока являются электроны и дырки.
13
Основные носители — носители тока, преобладающие
количественно при наличии обоих типов носителей (ды-
рок и электронов). В полупроводнике п-типа это свобод-
ные электроны, а в полупроводнике р-типа — дырки.
Неосновные носители — подвижные носители тока, на-
ходящиеся— при наличии обоих типов носителей —
в меньшинстве. В полупроводнике n-типа это дырки,
а в полупроводнике р-типа — электроны.
Инжекция носителей тока — введение свободных носи-
телей тока, избыточных по сравнению с концентрацией,
соответствующей установившемуся тепловому равнове-
сию. Различают два вида инжекции носителей: фотонную
(световую) и токовую. Фотонная инжекция заключается
в генерации носителей тока в результате поглощения фо-
тонов. Токовая инжекция вызывается внешним электри-
ческим полем, приложенным к полупроводнику, и заклю-
чается в проникновении носителей тока через р-п-переход
в область с градиентом удельного сопротивления или
в область объемного заряда у контакта с металлом. Ин-
жектированные носители нарушают тепловое равновесие
в полупроводнике. Носители тока, инжектированные в не-
которую область полупроводника, перемещаются в дру-
гие области, а также рекомбинируют. Перемещение про-
исходит в результате диффузии или йод влиянием элек-
трического поля. Характеристическими параметрами
инжектированных носителей тока являются время жизни
и длина диффузии.
Инжектированные носители — носители тока, концен-
трация которых больше, нежели концентрация носителей
в условиях теплового равновесия.
Рекомбинация носителей тока — связывание носителей
противоположных знаков (электронов с дырками), в ре-
зультате чего свободные носители тока исчезают. Раз-
личают три вида рекомбинации: прямую, рекомбинацию
через ловушки и поверхностную.
Прямая рекомбинация заключается в исчезновений
пары электрон — дырка в результате перехода электрона
из зоны проводимости в валентную зону. Освобождаю-
щаяся при этом энергия излучается или рассеивается
в виде тепла в кристаллической решетке. Рекомбинация
через ловушки представляет собой переход электрона из
зоны проводимости в валентную зону через уровень ло-
вушки. Наличие примесных уровней значительно повы-
шает вероятность рекомбинации. Поверхностная реком-
14
бинация связана с диффузией носителей тока к поверх-
ности, где они рекомбинируют. Этот вид рекомбинации
зависит от характера механической и химической обра-
ботки поверхности полупроводника.
Ловушка — центр захвата свободных носителей тока,
повышающий одновременно вероятность рекомбинации.
Роль ловушек играют различные нарушения кристалли-
ческой решетки: примеси, дислокации и другие дефекты
решетки. Одной из характерных особенностей ловушек
является существование связанных с ними энергетиче-
ских уровней вблизи середины запрещенной зоны полу-
проводника.
Длина диффузии инжектированных носителей тока
Lo — расстояние от места инжекции, на котором концен-
трация введенных носителей убываем в е раз. Величина
Lo связана с временем жизни т и коэффициентом диф-
фузии D инжектированных носителей тока следующим
образом:
Lo = /Dz-
Время жизни носителей тока — время, по истечении
которого концентрация носителей убывает в е раз.
2-1. ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Многие основные свойства полупроводников можно
объяснить с помощью понятия об энергетических зонах.
Из теории энергетических зон (так называемой зонной
теории) следует7’что электроны в кристаллической решет-
ке могут иметь не произвольную энергию, а только впол-
не определенные (разрешенные) ее значения.
Разрешенные значения энергии электронов в кристал-
ле образуют отдельные квазинепрерывные области —
энергетические зоны, состоящие из большого числа близ-
ко расположенных уровней. Строение энергетических
зон тесно связано со структурой кристаллической решет-
ки (более подробные данные, касающиеся принципов
образования энергетических зон в кристаллической ре-
шетке, читатели могут найти в других книгах, посвящен-
ных зонной теории).
Картина энергетических зон в собственном полупро-
воднике показана на рис. 2-1. Зона проводимости и ва-
лентная зона (называемая также основной зоной) состо-
ят из очень большого числа непрерывно расположенных
уровней, на которых могут находиться электроны. Элек-
15
Е
Рис. 2-1. Энергетическая струк-
тура собственного полупровод-
ника.
троны не могут находиться в запрещенной’зоне, ширина
которой обозначается через Eg.
(Пользуясь рис. 2-1, сравним структуры металла, изо-
лятора и полупроводника.
В случае металла имеются два варианта: 1)’ основная
зона заполнена полностью, а зона проводимости — ча-
стично; электрическое поле вызывает движение электро-
нов в зоне проводимости; 2) зоны проводимости и ва-
лентная перекрываются (Ее=0); движение электронов
под действием электрического поля также возможно.
Изоляторы характеризуются заполненной электрона-
ми валентной зоной и пустой зоной проводимости. Дви-
жение электронов невозможно, так как валентную зону
они заполняют полностью,
а в зоне проводимости их нет.
При этом величина Eg при
комнатной температуре столь
велика, что требуется значи-
тельная энергия, чтобы
электрон «перескочил» из
основной зоны в зону про-
водимости. Такая энергия
может быть получена, на-
пример, при очень сильном
нагреве материала.
Полупроводники характе-
ризуются значительно мень-
шими значениями Eg по сравнению с изоляторами. В этом
случае существует заметная вероятность, что уже при
комнатной температуре часть электронов, находящихся
в валентной зоне, накопит энергию, достаточную для их
перехода в зону проводимости. В результате такого пере-
хода в валентной зоне остаются незанятые уровни, на-
зываемые дырками, существование которых также делает
возможным перенос заряда в кристалле под действием
приложенного электрического поля. Поэтому проводи-
мость в таком кристалле, называемая собственной про-
водимостью, складывается из движения электронов в зо-
не проводимости и одновременно из встречного движения
дырок в валентной зоне. Величина проводимости зависит
от концентраций электронов в зоне проводимости и ды-
рок в валентной зоне.
Как можно заключить из вышеизложенного, эти кон-
центрации будут, вообще говоря, зависеть от энергии
16
ионизации (т. е. энергии, необходимой для перехода элек- i
трона в зону проводимости) и от температуры. В самом
деле, в случае собственного полупроводника равновесная
концентрация электронов в зоне проводимости (п) и ды-
рок в валентной зоне (р) выражается зависимостью
n< = n=jP = 2Vexpf---|хД, (2-1)
\ 1
где V— плотность разрешенных состояний, к —постоян-
ная Больцмана, Т — температура в градусах Кельвина.
Как видно, концентрация экспоненциально зависит
от Eg и от обратной температуры. Такая зависимость
является следствием статистического распределения те-
Рис. 2-2. Энергетическая структура полупроводника.
а — с донорами; б — с акцепторами.
пловой энергии атомов кристалла, в результате чего да-
же при температурах kT<^Eg в кристалле существует
некоторое число свободных носителей тока, принимаю-
щих участие в проводимости.
Существенное влияние на величину электропроводно-
сти в полупроводниках оказывают чужеродные атомы,
находящиеся в кристаллической решетке. Эти атомы об-
разуют отдельные энергетические состояния в запрещен-,
ной зоне, как показано на рис. 2-2. Вообще говоря, при-^
месные атомы, влияющие на электропроводность, обра- |
зуют донорные или акцепторные центры. Доноры—это j
атомы,, поставляющие в полупроводник один или больше I
электронов проводимости. Для полупроводников IV груп-
пы Периодической системы Менделеева это будут атомы
элементов V группы (Sb, As). Для перехода электронов
в зону проводимости с донорного уровня требуется энер-
гия значительно меньшая, нежели для перехода из ва-
лентной зоны, т. е. ED<^Eg (рис. 2-2,а). В случае присут-
ствия доноров концентрация электронов, переброшенных
2—1401 17
с донорных уровней в зону проводимости, выражается
зависимости#
(2-2)
где Nd — концентрация доноров, ED— энергия ионизации
донорного уровня.
Проводимость, возникающая в полупроводнике при
наличии доноров, называется электронной проводи-
мостью.
В случае присутствия акцепторных центров, положе-
ние энергетических уровней которых показано на
рис. 2-2,5, электроны из валентной зоны будут легко пе-
реходить на уровни акцепторов. Концентрация дырок,
образующихся при этом в валентной зоне, определяется
зависимостью
(2-3)
где Na — концентрация акцепторных состояний, ЕЛ—
энергия ионизации акцепторных состояний.
Проводимость, возникающая при наличии акцепторов,
называется дырочной проводимостью, так как она обу-
словлена движением дырок в валентной зоне.
Следует подчеркнуть, что в каждом случае обяза-
тельно соблюдается условие нейтральности, которое гла-
сит, что в полупроводнике количество электронов долж-
но быть равно числу дырок. В математической записи
условие нейтральности представляется в виде
n-\-nA = p-\-pD, (2-4)
где п — концентрация электронов в зоне проводимости,
пА—концентрация электронов на акцепторных уровнях;
р — концентрация дырок в валентной зоне, ра — концен-
трация дырок на донорных уровнях.
Если преобладает собственная проводимость (пЛ,
pD<^n, р), то п = р-, если преобладает электронная про-
водимость (пА, р~0), то р = рв\ зато если преобладает
дырочная проводимость (pD, п~0), то р = пА.
Введем теперь очень важное для дальнейшего изло-
жения понятие подвижности носителей тока в полупро-
водниковом материале. Это средняя скорость, с которой
носитель тока приходит в движение под действием еди-
ничного электрического поля. Иными словами, подвиж-
ность характеризует легкость приведения в движение но-
18 /'
сителей тока под влиянием электрического поля. Носи-
тели тока (электроны или дырки), ускоряемые электри-
ческим полем, одновременно рассеиваются на колебаниях
кристаллической решетки, амплитуда которых пропор-
циональна температуре, а также на несовершенствах ре-
шетки таких, как атомы примеси, дислокации и т. п.
В зависимости от того, какой вид рассеяния преобладает
при движении носителей тока, говорят о тепловом или
примесном рассеянии носителей. Рассеяние на дислока-
циях и других дефектах решетки (таких, как вакансии
или атомы в междуузлиях) в большинстве практических
случаев менее существенно и не будет здесь рассматри-
ваться.
При температурах вблизи абсолютного нуля кристал-
лическая решетка без примесей не рассеивает носителей
тока вследствие малой амплитуды тепловых колебаний.
Это вытекает из волновой механики, согласно которой
идеально периодическая среда не рассеивает электромаг-
нитных волн. Повышение температуры приводит к росту
амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки и
к исчезновению идеальной периодичности, следствием
чего является рассеяние движущихся носителей тока.
Другой важной разновидностью центров рассеяния
яаЙйются атомы примеси. Большие концентрации приме-
сей, которые существуют в обычно используемых полу-
проводниковых материалах, существенным образом на-
рушают периодичность кристаллической решетки и яв-
ляются причиной учащения актов рассеяния носителей
тока по сравнению с кристаллом без примесей. Это при-
водит к дальнейшему ограничению подвижности носите-
лей.
Плотность электронного тока в полупроводнике мож-
но записать в следующем виде:
in.=—env, (2-5)
где е — элементарный заряд, v — скорость носителей
тока.
В общем случае проводимости с участием двух видов
носителей тока (т. е. электронов и дырок) можно напи-
сать
i = in + ip = — envn-]-epvp, (2-6)
где in, ip — плотности токов электронного и дырочного
соответственно, v„, vp— скорости электронов и дырок
соответственно.
2* 19
Вводя теперь определение подвижности
Ип = -^Н (2-7)
где р — подвижность носителей тока, Е — напряженность
электрического поля, получим выражение (2-6) в следую-
щем виде:
i —in4-ip = ^(«pn4-/?pP) Е. (2-8)
Сравнивая (2-8) с законом Ома, записанным в виде
i = oE, (2-9)
можно утверждать, что удельная электрическая прово-
димость полупроводникового материала о описывается
зависимостью
о = е(прп+ррр). (2-10)
В полупроводнике, в котором проводимость одного
типа заметно преобладает над проводимостью другого
типа (т. е. значения концентрации или подвижности но-
сителей одного вида значительно больше, чем другого),
зависимость (2-40) принимает вид:
в полупроводнике/г-типа (/грп^>ррр)
о=егщп, (2-10а)
в полупроводнике p-типа (нрп^ррр)
Ор = еррр. (2-106)
Во многих практических случаях удобнее использо-
вать понятие удельного сопротивления
р= 1/о. (2-11)
При неэквипотенциальном расположении холловских
электродов (как это показано на рис. 2-3) на выходе
датчика Холла появляется паразитное напряжение, кото-
рое определяется законом Ома.
В случае однородной прямоугольной пластины, удель-
ное сопротивление которой не зависит от температуры,
напряжение, называемое резистивным (или омическим)
остаточным напряжением, можно представить в виде за-
висимости (рис. 2-3,а)
Uy0=r'QIx, (2-12)
где г'о — коэффициент резистивного остаточного напря-
жения, характеризующий величину сопротивления мате-
20
риала, заключенного между эквипотенциальными поверх-
ностями, на которых располагаются холловские элек-
троды.
Если материал пластины неоднородный (рис. 2-3,6) и
удельное сопротивление зависит от температуры, то ре-
зистивное остаточное напряжение следует записать в ви-
де степенного ряда. Члены высших степеней будут свя-
заны с температурной зависимостью г'о, а также с тем-
Рис. 2-3. Схема возникновения резистивного остаточного на-
пряжения в однородном (а) и неоднородном (б) полупро-
водниках.
пературной зависимостью распределения удельного со-
противления по пластине. В этом случае омическое оста-
точное напряжение Uv(i будет описываться следующим
степенным рядом ,[Л. 246 и 248]:
vo — r' г' х-\- (2-13)
В этом ряду содержатся только члены с нечетными
показателями степени, так как знак напряжения Uyo за-
висит от направления управляющего тока.
2-2. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Термоэлектрический эффект, открытый в металлах
Зеебеком в 1821 г., в случае полупроводников заключа-
ется в возникновении напряжения между двумя областя-
ми материала полупроводника, находящимися при раз-
личных температурах. Это напряжение пропорционально
разности температур дТ и коэффициенту ср, называемому
дифференциальной термо-э. д. с..
Величина коэффициента ср является характерной для
каждого материала и зависит от концентрации носителей
тока, от температуры, а также — в некоторой степени —
и от механизма рассеяния носителей тока в кристалли-
ческой решетке. Значения коэффициента ср в полупровод-
• 21
никовых материалах колеблются в пределах от 0,1 до
1 мв/град, тогда как в металлах (применяемых в каче-
стве контактов к датчикам Холла) составляют несколько
мкв/град. Поэтому в обычно использующихся цепях, со-
стоящих из полупроводника (пластина датчика Холла)
и металла (контакты к ней), в большинстве случаев
можно пренебречь термо-э. д. с. в металле по сравнению
с термо-э. д. с. в полупроводнике.
Механизм возникновения термо-э. д. с. вытекает из
того факта, что в более горячей части полупроводника
существует большая концентрация носителей (экспонен-
циально зависящая от температуры), причем энергия
этих носителей выше, чем в холодной области. Поэтому
сразу же появляется диффузионный поток носителей по
направлению к холодному концу образца.
При этом возникает разность потенциалов, которая
замедляет дальнейший рост диффузионного потока.
В полупроводнике /г-типа коэффициент ср отрицателен,
а в полупроводнике р-типа — положителен; это связано
со знаком носителей тока.
В датчиках Холла существенной является только тер-
мо-э. д. с., возникающая между потенциальными (хол-
ловскими) электродами, так как термо-э. д. с., появляю-
щаяся между токовыми контактами, пренебрежимо мала
по сравнению с напряжением питания. Разность темпе-
ратур в пластине датчика Холла может появляться по
следующим причинам:
1) из-за неравномерного выделения джоулева тепла
в отдельных областях пластины вследствие неоднородно-
го распределения удельного сопротивления;
2) из-за выделения тепла Пельтье;
3) из-за неравномерного отвода тепла от пластины
вследствие неправильной конструкции или недостатков
технологии;
4) из-за термомагнитных эффектов.
Ниже будут разобраны первые две причины возникно-
вения разности температур в датчике Холла. Третья при-
чина будет рассмотрена в § 6-1, посвященном технологии,
а термомагнитные эффекты — в § 2-7 и 7-3.
Распределение температуры в пластине датчика Хол-
ла, правильно сделанной с технологической точки зре-
ния, обусловлено прежде всего распределением удельно-
го сопротивления. Проблема нахождения распредёления
температур в неоднородной пластине полупроводника
22
j в общем случае связана с очень большими математиче-
скими трудностями и до сих пор не решена. Поэтому
данный вопрос был исследован экспериментально. Кор-
реляция распределений удельного сопротивления и тем-
> пературы в германиевой пластине показана на рис. 2-4.
Они построены по результатам исследований двух гер-
маниевых пластин, в каждой из которых преобладают
различные составляющие градиента удельного сопротив-
ления [Л. 248]. Измерение распределения удельного со-
б)
8Т=0,05°С
'О
-0,1
*
г)

Рис. 2-4. Распределение температуры в неоднородных пластинах.
а — распределение удельног? сопротивления в холловской пластине с большой
продольной составляющей grad р; б — распределение температуры относитель-
но точки х в пластине, соответствующей случаю а; в — распределение удель-
ного сопротивления в пластине с большой поперечной составляющей grad р;
г — распределение температуры относительно точки х в пластине, соответ-
ствующей случаю в.
противления проводилось фотоэлектрическим методом
(см. § 4-1), а распределение температуры в пластине, пи-
тавшейся переменным током, снималось с помощью диф-
ференциальной термопары [Л. 248].
Результаты, представленные на рисунках, подтверж-
дают взаимозависимость распределений температуры и
удельного сопротивления. Неоднородность пластины
приводит к тому, что как распределение тока, текущего
через пластину, так и распределение температуры в ней
становятся функциями координат. В (Л. 235 и 268] пока-
23
зано, что в типичной пластине датчика Холла распреде-
ление температуры можно считать двумерным. Отсюда
разность температур между холловскими электродами
определяется из зависимости
(2-14)
где I — -gr~ а — расстояние между эквипотенциальными по-
Ах
верхностями, на которых находятся холловские контакты
, о ex f дТ \ / дТ \
(рис. 2-5); -j— , (—— —составляющие градиента тем-
\ ох /ср \ /ср
Рис. 2-5. Иллюстра-
ция к формуле (2-14).
пературы в направлениях х и у.
При правильном изготовлении датчика Холла, когда
/~0, первый член уравнения (2-14) пренебрежимо мал.
Отсюда следует, что главной причи-
ной появления термоэлектрического
напряжения на выходе датчика
Холла является поперечная состав-
ляющая градиента температуры, ко-
торая возникает из-за поперечной,
составляющей градиента удельного
сопротивления (рис. 2-4,6).
Прохождение постоянного тока
через оба токовых контакта датчи-
ка Холла сопровождается эффектом
Пельтье. Он заключается в выделении на одном контак-
те и поглощении на другом тепла, количество которого
определяется из выражения
QP=nzxf,
(2-15)
где П — коэффициент Пельтье, t—время.
Эффект Пельтье может существенно влиять на вели-
чину продольной составляющей градиента температуры,
что экспериментально подтверждено на германиевых пла-
стинах [Л. 248]. На рис. 2-6 представлено распределение
отклонения температуры вдоль пластины для случая пи-
тания пластины как постоянным током обоих знаков, так
и переменным током. При питании переменным током
получен средний градиент температуры 0,20 град]см,
а при постоянном токе — соответственно 0,56 и
0,02 град!см для разных полярностей. Не обнаружено,
24
однако, заметного влияния эффекта Пельтье на поперек
н^1Й градиент температуры. Это позволяет пренебречь
влиянием' эффекта Пельтье в случае обычной прямо-
угольной пластины. Однако тепло Пельтье может иметь
большое влияние на термоэлектрическое напряжение
Рис. 2-6. Влияние тепла Пельтье на распределение тем-
пературы в пластине.
-I (—1_)—питание пластины постоянным током разных по-
лярностей; ~ переменный управляющий ток.
в специальных конструкциях датчиков Холла, например
в скошенных изоляторах (см. § 19-7), в которых специ-
ально создается значительная асимметрия холловских
электродов.
Вернемся снова к термоэлектрическому эффекту, что-
бы рассмотреть возникновение термо-э. д. с. в обычной
пластине датчика Холла. Исходя из определения термо-
э. д. с.
Ц/т = <рбТ, (2-16)
взвесим в отдельности роль каждого сомножителя. Зай-
мемся прежде всего нахождением разности температур
между холловскими элек-
тродами 6Т. Будем рас-
сматривать только попе-
речную составляющую
grady р. Рассмотрим сле-
дующую упрощенную эк-
вивалентную схему пла-
стины датчика Холла, по-
казанную на рис. 2-7.
Разность температур меж-
ду точками 1 и 2 возни-
Рис. 2-7. Эквивалентная схема
датчика Холла, поясняющая воз-
никновение термо-э. д. с.
25
кает в случае, если р1¥=рг, когда в отдельных плечах
моста выделяется разная мощность. Будем сразу дей-
ствовать с величинами удельных сопротивлений, прини-
мая, что геометрические размеры областей с удельными
сопротивлениями pi и рг одинаковы; будем называть эти
области резисторами pi и рг. Тогда разность температур
будет определяться зависимостью
ЗГ = А (Л — РА = A.U2 (-------> =
' 1 * V Pl Р2 J
= AlU2^^, (2-17)
1 X 0-09 ' 7
где Л1 — коэффициент пропорциональности, зависящий от
условий охлаждения; Рь Р2 — мощности, выделяющиеся
в резисторах pi и рг.
Если предположить, что резисторы pi и рг не сильно
отличаются друг от друга и учесть конечные размеры
пластины, то можно получить
ST = A U2 — -%-b.
1 х р ау
(2-18)
Из этой формулы следует, что разность температур
квадратично зависит от Ux, а значит, и от тока 1Х и ли-
нейно зависит от поперечной составляющей градиента
удельного сопротивления. Следует, однако, подчеркнуть,
что выражение (2-18) будет справедливо только в слу-
чае, когда зависимостями удельного сопротивления и
градиента удельного сопротивления от джоулева тепла,
выделяющегося при протекании управляющего тока,
можно пренебречь. Практически это означает, что приве-
денная выше формула применима только на начальном
участке характеристики 6T=f(/x). При больших значе-
ниях тока 1Х характеристика имеет гораздо более слож-
ный вид.
Поскольку в рабочей области температур датчика
Холла коэффициент <р слабо зависит от температуры,
можно полагать, что характеристика термо-э. д. с. UyT =
= f(Ix) будет прежде всего зависеть от вида характери-
стики 6T=f(Ix). На основе изложенных выше соображе-
ний характеристику UyT=f(Ix) можно представить в виде
следующего степенного ряда [Л. 246 и 248]:
(2-19)
26
где kTn — коэффициенты пропорциональности. Этот ряд
состоит из членов только с четными показателями степе-
ни, поскольку термо-э. д. с. не зависит от направления
управляющего тока. Первый член зависимости (2-19)
описывает начальный участок характеристики UyT = f(Ix),
когда распределение удельного сопротивления можно
считать постоянным, члены высших порядков учитывают
уже зависимость grad р от тока.
2-3. ИНЖЕКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА
Теперь рассмотрим эффекты, которые являются при-
чиной введения избыточных носителей тока в полупро-
водник. Эти эффекты могут вызвать появление напряже-
ния, мешающего работе датчика Холла. Существуют два
таких эффекта: инжекция носителей тока при наличии
градиента удельного со-
противления (явление, от-
крытое Баранским с со-
трудниками {Л. 531, 534,
535], а также независимо
Свидерским, Сикорским и
Маевским (Л. 315 и 466])
и инжекция носителей то-
ка через контакт.
Эффект Баранского
заключается в инжек-
ции носителей заряда
Р
Рчс. 2-8. Модель распределения
удельного сопротивления в .образ-
це для анализа инжекции носите-
лей тока на градиенте удельного
сопротивления.
в результате протекания тока в неоднородном полу-
проводнике. Теорию эффекта Баранского для одного
особого случая распределения удельного сопротивления
в образце (рис. 2-8) разработал Сикорский [Л. 436]. Ре-
шая уравнение непрерывности для полупроводника с та-
ким распределением удельного сопротивления, он полу-
чил следующую зависимость для избыточной концентра-
ции носителей, инжектированных в полупроводник:
8/2 =
тр2 1 г/р .
(2-20)
где др— концентрация инжектированных носителей, т —
эффективное время жизни инжектированных носителей
тока, рт — максимальное удельное сопротивление в дан-
ном полупроводнике (соответствующее собственной про-
27
. . 1 dp
водимости), tx — плотность управляющего тока, — —
средний градиент удельного сопротивления (в направле-
нии протекания управляющего тока).
Если характеристики токовых контактов датчика
Холла не являются идеально линейными (имеют некото-
рое сходство с р-н-переходом), это также может быть
причиной инжекции носителей тока в пластину. Этот эф-
фект особенно заметен в случае германиевых или крем-
ниевых пластин. Тогда контакты отчасти имеют некото-
рые черты р-н-переходов. Примем в этом случае следую-
щие обязательные в элементарной теории р-н-перехода
предположения, которые гласят:
1. Толщина слоя перехода столь мала, что носители
тока преодолевают его без рекомбинации.
2. Концентрация инжектированных неосновных носи-
телей много меньше концентрации основных носителей
тока.
3. Размеры области /г-типа (p-типа) много больше
LP(Ln) (т. е. длина пластины датчика Холла велика по
сравнению с диффузионной длиной Lp или Ln).
При таких предположениях концентрация инжектиро-
ванных носителей в плоскости перехода (х = 0) (рис. 2-9)
равна:
= (2-21)
где рп — равновесная концентрация дырок в «-области,
Um — напряжение на переходе, р = к7'/е.
Решая уравнения непрерывности, можно получить
формулу для распределения избыточной концентрации
носителей тока в толще полупроводника в результате их
дрейфа в электрическом поле, связанном с током /х. Эта
формула имеет вид:
8р = 8рое_ЛЯр, (2-22)
где Ър — неравновесная стационарная концентрация но-
сителей тока на расстоянии х от перехода,
I —L еп
(2-23)
причем LPo = JDt, D — коэффициент диффузии носителей
28
тока, а величина 0 равна:
О =Arch
(2-24)
• — sD
(2-25)
Окончательный вид формулы, описывающей распре-
деление избыточной концентрации носителей тока в ре-
зультате инжекции через контакт, будет следующим:
8/2==/?пе
h'e XlLp
(2-26)
Явление инжекции носителей тока может быть при-
чиной появления напряжения Тауца. Эффект Тауца про-
является в случае прохо-
ждения инжектированных
носителей тока через об-
ласть, в которой имеет
место градиент удельного
сопротивления между хол-
ловскими электродами.
При этом в случае ин-
жектирования каким-либо
образом избыточных но-
сителей тока на холлов-
Рис. 2-9. Распределение инжекти-
рованных носителей тока в при-
контактной области.
ских электродах появля-
ется напряжение Тауца. Электрическое поле, возникаю-
щее в результате этого эффекта, определяется зависи-
мостью (Л. 437]
р
t-'W

(2-27)
где цо — подвижность носителей, соответствующая амби-
полярному дрейфу, Ео — потенциал внутреннего поля,
связанного с существованием градиента концентрации
примеси в полупроводнике.
В случае обычной геометрии датчика Холла носители
тока инжектируются вдоль оси х, т. е. в направлении
протекания тока, а напряжение Тауца появляется в на-
правлении у. Учитывая, что
dE^ 1 rfo
dy р dy
(2-28)
29
а также, что
Еу — Uyw[b,
получим следующее выражение для напряжения Тауца
в датчике Холла:
= (2-29)
В общем случае напряжение Тауца можно предста-
вить в виде степенного ряда (Л. 246 и 248]
Uuw= kwlIх kw2lx ... (2-30)
Что касается эффекта Баранского, то, хотя он и лине-
ен по току, однако ввиду существования температурных
зависимостей р, распределения р, а в осЬбенности рмаКс,
и в этом случае появляются члены с более высокими по-
казателями степени. При инжекции носителей тока через
токовый контакт наличие величины напряжения Ukt
в показателе степени (2-26) приводит к экспоненциаль-
ной зависимости Uyw(Ix).
2-4. ЭФФЕКТ ХОЛЛА
Эффект Холла возникает при воздействии, магнитного
поля на ток, протекающий через полупроводник. Прене-
брежем пока что статистическим распределением энер-
гии носителей тока и предположим, что все носители
имеют одинаковую скорость. Для упрощения рассмотрим
полупроводник, в котором имеются носители только «-ти-
па. Если выбрать систему координат, изображенную на
рис. 2-10, то выражение для силы Лоренца F, которая
воздействует на носители тока, двигающиеся в магнитном
поле, можно записать в виде
F = — e[vB], (2-31)
где V —средняя скорость носителей заряда в направле-
нии линии тока.
Под влиянием силы Лоренца носители тока приобре-
тают составляющую скорости в направлении действия
30
этой силы в соответствии с рис. 2-10
',=-и«.Т’ <2'32>
где цнп — холловская подвижность электронов.
Поскольку из (2-7) видно, что скорость, приобретен-
ная электроном в электрическом поле Е, равна
vx = —
то полная скорость носителей тока, полученная в резуль-
тате действия электрического и магнитного полей, описы-
вается зависимостью
Vn = Vx 4- vF = — HnE — РНп-^~ = — Р-пЕ 4- р.Нп [vnB],
(2-33)*
В соответствии с уравнениями (2-6) и (2-33) полу-
чаем выражение для плотности тока, текущего в образ-
це при воздействии электрического поля Е и магнитной
индукции В:
in = — e«vn = епр.пЕ — епр.п (2-34)
Повторно обращаясь к формуле (2-6), имеем:
in = e«ISlE4-nn[inB]. (2-35)
Это векторное уравнение для плотности тока, текуще-
го в образце, которое иллюстрировано также рис. 2-10.
Если угол между плотностью тока in и направлением
* В уравнение (2-33) входят подвижности, обозначенные через
Цп я ри,. Согласно упрощенной теория электропроводности дви-
жение носителей тока в полупроводниках должно характеризовать-
ся одной подвижностью. Однако, как оказывается, подвижность,
определенная из измерений скорости дрейфа носителей в электри-
ческом поле, в некоторых материалах не равна подвижности, опре-
деленной из измерений эффекта Холла и электропроводности.
В дальнейшем мы не будем делать различия между холловской и
дрейфовой подвижностью; следует, однако, помнить, что при этом
допускается ошибка, которую при точных расчетах нужно принять
во внимание.
31
электрического поля Ё обозначить как угол Холла 0П, ТО
можно показать, что
1g 0П----
(2-36)
Рассматривая малые углы 0П, можно принять, что
tg0n~0„. Обозначим еще В/В=Ь.
Пользуясь формулой (2-10), запишем зависимость
(2-35) в виде
Рис. 2-10. Система токов в полупровод-
нике, находящемся под действием маг-
нитного поля.
(2-37)
Чтобы получить квадратичные по 0П члены, перепи-
шем выражение (2-37) в другом виде
i„ = 0„Е + [(ояЕ + [inb] 0П) Ь] 0П. (2-38)
Примем еще, что в квадратных скобках уравнения
(2-38) in~(TnE. Подставив это выражение, получим 'за-
висимость для плотности тока в виде (2-39)
in = 3пЕ + ((опЕ + on [Eb] 0„) bl 0П. (2-39)
32
Выполняя умножение, получим: -
in = апЕ + зп9п [Eb] + опв2 (Eb) b — o„62n Е. (2-40)
Предположим теперь, что в направлении у ток про-
текать не может (например, в силу незамкнутости элек-
трической цепи). Тогда вектор Е уже не будет паралле-
лен оси х. Чтобы найти электрическое поле в холловской
пластине в этом случае, положим в (2-40) in = i, где
illx.
Решая уравнение (2-40) относительно- Е и располагая
соответственно составляющие этого вектора, получим:
Е = (1.+ <) Pni - PnMlib] - Pr< b (ib). (2-41)
Из зависимости (2-41) можно определить составляю-
щие вектора напряженности электрического поля в полу-
проводнике, через который протекает ток плотности i и
на который воздействует магнитное поле с индукцией ЬВ.
Для принятой системы координат (i || х; b || z) эти состав-
ляющие соответственно равны:
Еу — Pn^nG:
Я=о.
(2-42)
Учитывая размеры пластины датчика Холла аХЬХс,
а также, что ix=Ixlbc и р.=Дн/р, где RH —коэффициент
Холла, получим выражение для соответствующих напря-
жений Ux, Uy, Uz:
Ux — ВхЛ-j- bc
Uy = -^-IxBz-
Uz = 0.
(2-43)
Напряжение Ux складывается из омического падения
напряжения на пластине и напряжения, возникающего
в результате так называемого продольного эффекта Хол-
ла [Л. 155].
Это последнее слагаемое обычно мало по сравнению
с членом RXIX. Напряжение Uv описывает поперечный
эффект Холла, являющийся главным предметом настоя-
3—1401 33
щей книги. Далее это напряжение будет обозначаться
иун- В принятой системе координат составляющая Uz—
= 0. Однако в случае, когда угол между i и В не являет-
ся прямым, появляется и составляющая Uz, называемая
планарным эффектом Холла [Л. 153]. Этот эффек опи-
сывается формулой (2-44)
R2H
Uz =--------^-/B3sin24>,
pt? 1
(2-44)
где i|:— угол между i и В.
Рассмотрим теперь некоторые вопросы, связанные
с выяснением смысла коэффициента Холла RH- Из урав-
нений (2-42) и (2-43) можно получить зависимость, из
которой вытекает физический смысл RH'.
RHn = — \!en.
(2-45)
Как следует из этого выражения, коэффициент Холла
однозначно определяется концентрацией носителей тока
в полупроводнике. Эта формула одновременно пока-
зывает большую важность измерений коэффициента
Холла для исследования физических свойств полупровод-
ника.
Приведенные выше рассуждения, относящиеся к полу-
проводнику n-типа, можно выполнить совершенно анало-
гично и в случае полупроводника p-типа. В этом случае
коэффициент Холла будет выоажаться зависимостью
7?нР= 1/ер,
(2-46)
где р — концентрация дырок.
В случае полупроводника со смешанной проводимо-
стью, т. е. в том случае, когда величины пип и ррр срав-
нимы (что может иметь место в собственных полупро-
водниках), выражение для коэффициента Холла прини-
мает более сложный вид:
9 2
„ 1 п>" - Р^р .
Н е (лр.п + ррч>)2 '
(2-47)
34
Осталось рассмотреть еще влияние механизма рассея-
ния носителей тока на коэффициент Холла. На самом
деле в уравнения (2-45) — (2-47) следует ввести еще ко-
эффициент А, величина которого зависит от механизма
рассеяния носителей тока в
кристаллической решетке, так
что, например, зависимость
(2-45) примет вид:
RHn = — А/пе.- (2-48)
В случаях, когда опреде-
ляющим является рассеяние
на нейтральных атомах при-
меси или когда полупровод-
ник вырожден (очень боль-
шая концентрация примеси),
Рис. 2-11. Зависимость
коэффициента А от отноше-
ния p.i/p [Л. 530].
коэффициент Л = 1; в случае
рассеяния на тепловых ко-
лебаниях решетки Л = Зл/8=
=4,18; в случае рассеяния на
ионизированных примесях Л = 1,93. На рис. 2-11 {Л. 530]
показана зависимость коэффициента Л от отношения со-
противлений pj/p; здесь р3-— удельное сопротивление, со-
ответствующее рассеянию на ионах чужеродных атомов,
а р — полное удельное сопротивление.
2-5. ЭФФЕКТ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ
Под названием «эффект магнитосопротивления» (или
эффект Гаусса) подразумевают наличие зависимости
удельного сопротивления полупроводника от магнитного
поля. Это явление вызвано тем, что носители тока, пере-
мещающиеся в полупроводнике под действием электри-
ческого поля, не имеют одинаковых скоростей, как пред-
полагалось в § 2-4. Скорости носителей тока различны
и подчиняются распределению, отвечающему статистике
Ферми — Ди|рака. В результате этого поперечное поле
Холла компенсирует влияние силы Лоренца только на
носители тока, имеющие среднюю скорость v. Поэтому
будут существовать носители тока (со скоростью, боль-
шей или меньшей v), траектория которых будет искрив-
лена, что приведет к увеличению числа столкновений
(сокращение длины свободного пробега) и тем самым —
к повышению удельного сопротивления полупроводника.
3* 35
Согласно Вайсу и Велигеру [Л. 495] приращение удель- 1
ного сопротивления в полупроводнике для случая ела- |
бых магнитных полей (т. е. при условии цВ<С/) описы- ।
вается формулой ’
Др 4 — я ( Зл \2
(т)
(2-49) 1
В случае участия в проводимости носителей тока обо-
их знаков эта зависимость будет описываться несколько
другим уравнением
Др _ / Зл уГ 4 + f^nn~^PP VI.
Рв \ 8 / L " + \ + / ]
Наивысшую возможную величину Др/рв в данном по-
лупроводнике можно найти (зная зависимости и цР
от концентрации) из следующего выражения:
гв V 8 ) « L • I ’
= в'- <2-51>
где =
Из этих формул следует, что приращение сопротив-
ления в области малых магнитных полей пропорциональ-
но квадратам подвижности и магнитной индукции. Очень
удобную формулу, приближенно описывающую эффект
магнитосопротивления в большом диапазоне значений
индукции, предложил Хардинг [Л. 179]:
Др ЛВ2
Р. = 1+нАВ2 ’
где А — постоянная. Из (2-52) следует, что при малых
В величина Др/р0 квадратично зависит от В, тогда как
при больших В Ар/ро достигает насыщения (что под-
тверждается и на опыте).
Очень часто для описания эффекта магнитосопро-
тивления применяют также приближенную формулу
(2-53)
где а и п — постоянные.
36
Явление магнитосопротиления зависит также от
Формы образца, поскольку поле Холла зависит от его
размеров (см. § 5-3).
2-6. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПРОЯВЛЕНИЯ ЭФФЕКТА ХОЛЛА
1-4-1. ВТОРИЧНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА
Под вторичным эффектом Холла понимают появле-
ние на токовых электродах напряжения Холла, вызван-
ного протеканием тока между потенциальными электро-
дами. Поэтому вторичное напряжение Холла будет под-
чиняться зависимости
= (2-54)
Напряжение UHx складывается с напряжением пи-
тания датчика Холла UX=RXIX, вследствие чего действи-
тельный управляющий ток датчика
Холла будет зависеть от магнитного
поля не только благодаря эффекту
Гаусса, но и благодаря вторичному
эффекту Холла. Рассмотренный эф-
фект является также одной из при-
чин нарушения линейности характе-
ристики датчика Холла.
2-4-2. СОБСТВЕННЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА (Я. 214]
Протекание тока в проводнике Рис. 2-12. Распре-
деление напряжен-
ности магнитного
поля вокруг пря-
молинейного про-
водника с током.
из теории магнит-
сопровождается возникновением
магнитного поля. Поэтому и ток,
протекающий через датчик Холла,
создает магнитное поле, которое мо-
жет быть причиной возникновения
эффекта Холла. Однако, как следует
ного поля, в случае проводника с круглым сечением маг-
нитное поле имеет только тангенциальную составляю-
щую (в соответствии с рис. 2-12), равную
(2-55)
ГДС I — ток, протекающий через проводник, г—расстоя-
ние от проводника.
Рассматривая в соответствии с изложенным обычную
холловскую пластину, можно показать, что в случае
точной геометрической симметрии значения напряжения
37
Холла, возникающих в обеих половинах пластины (от-
носительно оси симметрии, параллельной направлению
тока), будут прямо противоположны и скомпенсируют-
ся. Отсюда следует, что собственный эффект Холла бу-
дет возникать только в тех пластинах, в которых хол-
ловские электроды расположены несимметрично отно-
сительно оси х.
2-6-3. ФОТОЭФФЕКТ ХОЛЛА
Освещение поверхности полупроводника приводит к
образованию в нем пар носителей тока дырка — элект-
рон, т. е. к инжекции носителей тока. Освещенный полу-
проводник, находящийся в магнитном поле, даст при
измерениях другую величину коэффициента Холла, не-
жели неосвещенный полупроводник. Это явление назы-
вается фотоэффектом Холла.
Изучением этого эффекта в полупроводниках занима-
лись Мэсон [Л. 314] и Добровольский [Л. 580]. Последний
показал, что освещение полупроводника всегда приводит
к уменьшению напряжения Холла, а величина этого
уменьшения пропорциональна прежде всего концентра-
ции инжектированных носителей тока, а также углу
Холла и подвижности носителей.
2-7. ДРУГИЕ ГАЛЬВАНО- И ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Рассматриваемые в этом параграфе гальваномагнит-
ные (кроме эффектов Холла и Гаусса) и термомагпит
ные явления сопровождают основное явление в датчиках
Холла — эффект Холла. Проявление этих эффектов мо-
жет исказить характеристики датчика Холла.
Гальваномагнитные эффекты возникают под воздей-
ствием поперечного магнитного поля при протекании" че-
рез образец электрического тока. В то же время для
термомагнитных эффектов первичными являются тепло-
вой поток и нормальное к нему магнитное поле. Рас-
сматриваемые эффекты Стильбанс классифицировал
в виде следующей таблицы (Л. 668] (см. табл. 2-1).
Причиной возникновения остальных гальвано- и гер-
момагнитных эффектов является распределение по ско-
ростям носителей тока, принимающих участие в прово-
димости. Поле Холла в стационарном состоянии должно
иметь такую величину ,чтобы тока в направлении оси у
не появлялось. Результирующая сила, действующая на
Таблица 2-1
Классификация гальвано- и термомагнитных эффектов
Эффекты Поперечный Продольный
Гальваномаг- нитные Эффект Холла (попереч- ная разность потенциа- лов) Эффект Эттингсгаузена (поперечная разность температур) Эффект Гаусса (измене- ние удельного сопро- тивления в магнитном поле) Эффект Нернста (про- дольная разность тем- ператур)
Термомагнит- ные Эффект Риги—Ледюка (поперечная разность температур) Эффект Нернста—Эт- тингсгаузена (попереч- ная разность потенциа- лов) Эффект Маджи—Риги— \ Ледюка (изменение ' теплопроводности в магнитном поле) Продольный эффект Нернста—Эттингсгау- зена (продольная раз- ность температур)
носители тока в этом направлении, будет равна нулю
только для носителей тока со средней величиной энергии,
тогда как носители с энергией, отличающейся от сред-
ней, будут стремиться к боковым граням пластины, вы-
зывая появление добавочных как электрических, так и
термомагнитных эффектов.
Легко заметить, что из приведенных в табл. 2-1 галь-
вано- и термомагнитных эффектов существенную роль
будут играть только поперечные эффекты, поскольку ве-
личина продольных эффектов пренебрежимо мала по
сравнению с напряжением питания. Ниже приведены оп-
ределения и краткие характеристики отдельных попереч-
ных эффектов.
Эффект Эттингсгаузена заключается в появлении по-
перечной разности температур под влиянием протекаю-
щего через образец тока и перпендикулярного к нему
магнитного поля. Величина температурного градиента
определяется зависимостью
^)Е = Р1^ (2’56)
где Р — коэффициент Эттингсгаузена.
39
В результате эффекта Эттингсгаузена в холловской!
пластине возникает поперечная термо- э. д. с., равная 3

(2-57)1
Знак напряжения Эттингсгаузена всегда тот же, что и |
у напряжения Холла.
Поперечный эффект Периста — Эттингсгаузена за-
ключается в появлении поперечного напряжения в плас- ’
тине под влиянием магнитного поля и теплового потока.
Напряженность электрического поля, вызванного эффек- ’
том Нернста — Эттингсгаузена, выражается зависи-
мостью
Е — Q^~B &Г
ZgNE — * дх •
(2-58)
где Q-*- — коэффициент поперечного эффекта Нернста —
Эттингсгаузена.
Если поток тепла вызван, например, наличием неод-
нородностей в пластине и не зависит, следовательно, от
направления тока (в противоположность случаю возник-
новения теплового потока вследствие выделения тепла
Пельтье), то знак напряжения Нернста — Эттингсгаузе-
на зависит исключительно от направления Bz-
Эффект Риги — Ледюка заключается в появлении
поперечного градиента температуры в полупроводнико-
вой пластине, в которой имеется продольный градиент
температуры, при воздействии магнитного поля. Величи-
на эффекта определяется следующей зависимостью:
ЛдТ \ _ дТ
\ дУ Jrl z дх *
(2-59)
где S — коэффициент Риги — Ледюка, выраженный в
обратных гауссах.
Знак коэффициента S соответствует знаку носителей
тока, т. е. отрицательный в полупроводнике n-типа и по-
ложительный в полупроводнике р-типа.
В результате эффекта Риги — Ледюка на потенциаль-
ных электродах датчика Холла появляется термо- э. д. с.

(2-60)
40
Глава третья
СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Требования, предъявляемые к датчикам Холла, разнообразны и
зависят от их назначения. До настоящего времени нет такого ма-
териала, который обладал бы всеми требуемыми параметрами. Ряд
материалов отвечает только некоторым требованиям. Поэтому из
множества полупроводниковых материалов, в которых наблюдается
эффект Холла, для датчиков Холла выбирается тот или иной мате-
риал в зависимости от конкретной пели применения датчика. «
Обычно для элементов Холла используются материалы п-типа.|
т. е. с электронной проводимостью, так как подвижность носителей
тока в них в несколько раз (от двух до нескольких десятков) боль-.
ше, чем в материалах p-типа. Основными параметрами полупровод-
никовых материалов, используемых для изготовления датчиков Хол-
ла, считаются: удельное сопротивление (иногда удобно употреблять
удельную электрическую проводимость <г=1/р), коэффициент Холла
и подвижность. Все эти параметры являются зависимыми от кон-
центрации носителей тока, температуры и магнитной индукции; мо-
жет также проявляться анизотропия этих зависимостей. Кроме то-
го, существует целый ряд эффектов, сопровождающих явления Хол-
ла и магнитосопротивления, о которых говорилось в гл. 2, таких как
термо-э. д. с., гальвано- и термомагиитные эффекты. О величинах,
характеризующих вышеупомянутые эффекты, будет сказано дальше;
нужно, однако, отметить, что не для всех материалов эти величины
достаточно хорошо известны.
Ниже будут описаны свойства как монокристаллических мате-
риалов, используемых для изготовления датчиков Холла, так и
свойства тонких пленок, полученных испарением. Если в первом
случае электрические свойства датчика Холла однозначно обуслов-
ливаются свойствами используемого материала, то параметры пле-
ночного, датчика Холла определяются также и технологией напы-
ления.
3-1. СВОЙСТВА ГЕРМАНИЯ
Германий является одним из наиболее изученных и освоенных
с технологической точки зрения полупроводниковых материалов.
Этому способствовали в равной степени как невысокая температура
плавления, так и не слишком сильная химическая активность, что
облегчает изготовление тигля и достижение желаемой степени
очистки. Результатом глубокого изучения технологических процессов
явилась отличная воспроизводимость параметров монокристалличе-
ского германия.
В табл. 3-1 приведены основные физические свойства германия
при комнатной температуре.
Ниже приводится ряд зависимостей основных параметров гер-
мания: удельного сопротивления, коэффициента Холла, подвижности
и магнитосопротивления — от концентрации носителей тока, темпе-
ратуры и от индукции. Так как предполагается, что при комнатной
температуре все примеси, относящиеся к Ш либо V группам Пери-
41
Таблица 3-1
Основные физические свойства германия
Плот- ность, г/см3 Темпера- тура плавления, °C Теплопровод- ность, вт/град-см Теплоемкость, кал!2' град Коэффициент линейного расширения, град~1 Ширина запрещен- ной зоны, эв
5,32 [Л. 91] 936 [Л. 91] 0,6 [Л. 442] 0,074 [Л. 91] 6,1-10-8 [Л. 91] 0,67 [Л. 91]
одической системы, ионизированы, то концентрацию носителей тока
в германии можно считать равной концентрации основной легирую-
щей примеси. На рис. 3-1 показана зависимость удельного сопро-
тивления германия от концентрации носителей тока при комнатной
температуре (Л. 191]. Приведенная кривая относится к материалу,
легированному элементами V группы Периодической системы (и
обладающему электронной проводи-
Рис. 3-1. Зависимость
удельного сопротивления
германия n-тнпа от кон-
центрации носителей то-
ка при комнатной темпе-
ратуре.
мостью или проводимостью re-типа) та-
кими, как сурьма, мышьяк и фосфор.
При концентрации носителей тока, мень-
шей чем 3-1013 сж~3, в германии имеет
место собственная проводимость. В об-
ласти собственной проводимости полу-
проводники характеризуются значитель-
но большими температурными зависимо-
стями электрических характеристик. Эго
видно из рис. 3-2, на котором представ-
лена зависимость р=/(Т) [Л. 247]. При
низких температурах удельное сопро-
тивление увеличивается с ростом темпе-
ратуры в результате уменьшения по-
движности (рис. 3-3); зато по достиже-
нии температуры, при которой начинает
преобладать собственная проводимость
(что сопровождается резким увеличени-
ем числа носителей тока), удельное со-
противление резко уменьшается (см.
(2-10а)]. Подвижность зависит также
от концентрации носителей тока. Ход
зависимости показан на рис. 3-4
[Л. 383]. Особенно сильная зависимость подвижности носителей то-
ка от их концентрации имеет место, как это видно, при больших
значениях концентрации, так как в этом случае механизм рассеяния
на ионах примеси является определяющим. Зато при концентрациях
носителей тока, меньших чем 10ls c. ir 3 (что отвечает удельному со-
противлению около 2 ол-сл), появляется область насыщения
В этой области подвижность зависит только от температуры, в этом
случае преобладает механизм рассеяния на тепловых колебаниях
решетки.
42
Рис. 3-2. Зависимость удельного сопротивления герма-
ния re-типа от температуры для материалов с разной
концентрацией примеси [Л. 247].
Коэффициент Холла, являющийся параметром, непосредственно
влияющим на величину напряжения Холла, зависит от концентрация
носителей, а следовательно, и от удельного сопротивления. Эта за-
висимость представлена на рис. 3-5 (Л. 191]. Весьма важным яв-
ляется также знание температурной зависимости коэффициента Хол-
ла, которая показана на рис. 3-6. Наименьшей зависимостью коэф-
фициента Холла RH от температуры обладает материал с р —
— 0,5 ом • см (см. § 5-5). Область незначительной зависимости ко-
эффициента Холла распространяется до температуры 90° С. Загиб
кривой Rn(T) проявляется в германии по мере возрастания удель-
ного сопротивления (а следовательно, и коэффициента Холла) при
все более низких температурах; так, для германия с р=10 ом- см
загиб наступает при комнатной температуре. Эта особенность гер-
мания практически ограничивает возможность применения материа-
ла с большими коэффициентами Холла для изготовления датчиков
Холла. Говоря о коэффициенте Холла, нужно помнить о его ани-
зотропии. Проявляется опа прежде всего через различные зависи-
мости коэффициента Холла от магнитной индукции. Анизотропия
в германии подробно изучена в работе (Л. 335]. Там исследованы
образцы, вырезанные из кристаллов, ориентированных таким обра-
зом, как показано на рис. 3-7. Направление магнитного поля было
параллельно оси z, направление управляющего тока было парал-
лельно осн <Н0>. Образцы, характеристики которых Rn—j(B)
приведены на рис. 3-8, вырезаны в направлениях, указанных
43
Рис. 3-3. Зависимость подвижности электронов от температуры и
концентрации примесей в германии п-типа.
в табл. 3-2, совпадающих с обозначениями на рис. 3-7. Видна зна-
чительная зависимость значения Rh от В, за исключением образцов
G и О. Из этого следует, что при изготовлении датчиков Холла
имеет существенное значение выбор правильной кристаллографиче-
ской ориентации пластины датчика.
Таблица 3-2
Ориентация образцов^германия, в которых исследовалась
анизотропия коэффициента Холла
Образец <0>Я Образец <t>H
А <110> о 15°
В 75е О <001>
D <111>
Эффект магнитосопротивления в германии изучался неоднократ-
но, однако ввиду большой сложности физических процессов, опре-
деляющих его величину, сведения о нем не являются еще полными.
44
смУвсек
движности электронов от
концентрации носителей то-
ка в германии п-типа.
Этот эффект также анизотропен. Одни-
ми из первых изучали эффект магнито,
сопротивления в германии Пирсон и Сул
[Л. 373]. Они подтвердили, что согласно
предсказаниям теории увеличение со-
противления в магнитном поле невели-
ко, так как подвижность носителей тока
смУь
Рис. 3-5. Зависимость
коэффициента Холла от
удельного сопротивления
в германии п-типа
[Л. 191].
о германии сравнительно невысока. Результаты исследования Пир-
сона и Сула на прямоугольных образцах приведены на рис. 3-9.
Увеличение удельного сопротивления в магнитном поле с индукцией
Рис. 3-6. Температурная зависимость коэффициента
Холла в германии п-типа [Л. 247].
45
10 кгс составляет около 10%. Лауц н Руппель [Л. 288] изучали тем-
пературные зависимости эффекта магнитосопротив,тения в кристалле
германия. Они показали, что величина Ар/р0 быстро растет с по-
нижением температуры (рис. 3-10) и, например, в образце германия
с р=25 ом - см при 7=1 ГК достигает значения 12 в поле с индук-
цией, равной 21 кгс, в то время как при комнатной температуре со-
ставляет около 0,2. Изучение анизотропии эффекта магнитосопро-
тивления показало, что при комнатной температуре в поле В =
= 5 500 гс величина отношения Ар/ро колеблется в пределах от 1,03
до 1,05. Измерениями термо-э. д. с. в германии занимались Мидлтон
и Скэплон (Л. 328], Джебол и Хал (Л. 140], а также Баранский
(Л. 533]. На рис. 3-11 показана температурная зависимость ср для
германия n-типа, взятая из работ {Л. 328 и 140]. На рис. 3-12 дана
зависимость ср от концентрации носителей при комнатной темпера-
туре [Л. 533]. Из приведенных графиков видно, что значение ср в гер-
мании /i-типа достигает величин, превышающих 1 мв/град.
Рис. 3-7. Способы вырезания
образцов германия для исследова-
ния анизотропии эффекта Холла
[Л. 335].
<110> ----------------------------------------
индукции магнитного поля для образцов
п—Ge с различной кристаллографической
ориентацией [Л. 335]. Обозначения образцов
соответствуют приведенным в табл. 3-2.
мость эффекта маг-
нитосопротивлепия
в п — Ge от на-
пряженности маг-
нитного поля
[Л. 373].
46
В заключение приведем некоторые сведения, касающиеся гальва-
но- и термомагнитных эффектов, сопровождающих эффекты Холла
и Гаусса. Явления Эттингсгаузена и Нернста—Эттингсгаузена (по-
перечный) в германии изучали Баширов и Циднльковский (Л. 538],
а также Метте, Гертнер и Лоске [Л. 325]. Авторы показали, что
величина напряжения Эттингсгаузена в очень сильной степени за-
висит от температуры и концентрации примесей. На рис. 3-13 и 3-14
таны зависимости теоретически рассчитанных коэффициентов Эт-
тпнгсгаузена и Нернста—Эттингсгаузена (Л. 325]. Результаты эти
достаточно хорошо подтверждаются экспериментальными данными и
Рис. 3-10. Температурная зависи-
мость эффекта магнитосопротив-
лення в германии n-типа [Л. 288].
Рис. 3-12. Зависимость термо-
э. д. с. от концентрации носи-
телей тока в германии п-типа
[Л. 533].
Рис. 3-11. Температурная зависимость термо-э. д. с.
в п—Ge [Л. 140 и 328].
47
градсм/агс
200 300 300 ООО 600 700 °К
Рис. 3-13. Зависимость коэффициента Эттингс-
гаузена для германия n-типа от концентрации
носителей тока и температуры [Л. 325].
48
Рис. 3-14. Зависимость коэффициента Нернста—
Эттингсгаузена от концентрации носителей тока
и от температуры в германии п-типа [Л. 325].
могут использоваться для оценки ожидаемых значений эффектов
31 типгсгаузеиа и Нернста—Эттингсгаузена в датчиках Холла. Дан-
ных о(5 эффекте Риги—Ледюка до сих пор не имеется.
3-2. СВОЙСТВА КРЕМНИЯ
Кремний является вторым из наиболее распространенных в тех-
нике полупроводниковых материалов. Несмотря на то, что встре-
чается он в природе в очень больших количествах, получение крем-
ния полупроводниковой чистоты представляет большие трудности
из-за высокой температуры плавления и большой химической ак-
тивности. В табл. 3-3 собраны основные физические свойства кри-
сталлического кремния.
Из приведенной таблицы видно, что температура плавления
кремния почти на 500°С выше температуры плавления германия,
что подтверждает ранее сказанное о трудностях технологии полу-
чения кремния.
4—1401 49
Рис. 3-15. Зависимость
удельного сопротивления
от концентраций приме-
сей в кремнии п-типа
при комнатной темпера-
туре [Л. 247].
Рис. 3-16. Температурная зависи-
мость удельного сопротивления
в кремнии n-типа [Л. 247].
Рис. 3-17. Зависимость подвижно-
сти электронов от удельного со-
противления в кремнии п-типа
[Л. 337].
Рис. 3-18. Температурная
зависимость коэффициента
Холла в кремнии п-типа
[Л. 247].
50
Таблица 3-3
Основные физические свойства кремния
Плотность, г 'см3 Темпера- тура плавления, °C Теплопровод- ность, вт/ градам Теплоемкость, кал!г'град Коэффициент линейного расширения, град"1 Ширина запрещен- ной зоны, эв
2,33 [Л. 91] 1 420 [Л. 91] 0,20 [Л. 91] 0,181 [Л. 91] 2,3-10-« [Л. 643] 1,07 [Л. 91]
Из-за большей ширины запрещенной зоны концентрация носите-
лей, отвечающая собственному удельному сопротивлению, в кремнии
значительно меньше, чем в германии, и при комнатной температуре
личины удельного сопротивле-
ния, а именно не более несколь-
ких десятков ом на 1 см.
Зависимость' удельного со-
противления кремния п-типа от
концентрации носителей при
комнатной температуре пока-
зана на рис. 3-15. Эта зависимость аналогична
мость термо-э. д.
п-типа [Л. 140].
№ образца 126
п, см-9 2,2-Ю18
№. . 537
п. . . 3,7.10м
с.
в кремнии
129 139 565
2,8-101" 1.3.10И 3,7-10“
131
2,75-10“
1 зависимости для гер-
мания, в то время как температурная зависимость удельного со-
противления кремния, представленная на рис. 3-16, является более
выгодной, так как значительные изменения удельного сопротивления
начинаются только при температуре около 200° С [Л. 247].

51
Рис. 3-21. Зависимость коэффициента Эттингс-
гаузена от концентрации электронов и темпе-
ратуры в кремнии я-типа [Л. 326].
52
Рис. 3-22. Зависимость коэффициента
Нернста—Эттингсгаузена от концентрации
носителей тока и температуры в кремнии
п-типа [Л. 326].
53
Зависимость подвижности носителей от их концентрации тоже
аналогична соответствующей зависимости у германия (рис. 3-17)
[Л. 337], однако максимальное значение подвижности значительно
меньше и составляет лишь 1 700 сл1г/в сек.
На рис. 3-18 [Л. 247] представлена зависимость коэффициента
Холла от температуры. В кремнии с сопротивлением 0,5—2 ом • см
зависимость Rh от температуры невелика до температуры 7"«
«236е С. Как показали Орлова и Тучкевич [Л. 645], коэффициент
Холла в кремнии n-типа зависит от напряженности магнитного по-
ля. Изменение Rh с ростом магнитного поля от 0 до 20 кэ может
составлять около 30% (рис. 3-19) [Л. 645]).
Джебол и Хал [Л. 140] изучали термоэлектрический эффект
в кристаллах кремния. Они показали, что при комнатной темпера-
туре термо-э. д. с. очень мало зависит от концентрации носителей
в диапазоне от п=2,75-10п до 2,2- 1018 см~3. Зато различия в ха-
рактере температурных зависимостей по мере понижения темпера-
туры проявляются все ощутимее, что видно из рис. 3-20.
Эффекты Эттингсгаузена и Нернста—Эттингсгаузена (попереч-
ный) были исследованы Метте, Гертнером и Лоске [Л. 326], как
теоретически, .так и экспериментально. Как и в случае германия,
авторы получили удовлетворительное соответствие коэффициентов
Р и QJ-, вычисленных теоретически, с данными, полученными экс-
периментально.
На рис. 3-21 и 3-22 представлены зависимости коэффициентов
Р и Q-L от концентрации примесей и температуры, взятые из ра-
боты Метте и его сотрудников. Данных об эффекте Риги—Ледюка
в кремнии в настоящее время не имеется.
3-3. СВОЙСТВА АНТИМОНИДА ИНДИЯ
Антимонид индия относится к группе интерметаллических двух-
компонентных соединений типа А111—Bv. Из известных в настоящее
время полупроводниковых материалов это соединение характери-
зуется наибольшей подвижностью электронов. Технология получения
антимонида индия (InSb) отличается наибольшей простотой по
сравнению с технологиями получения всех интерметаллических сое-
динений благодаря низкой температуре плавления, сравнительно не-
большому давлению паров компонентов соединения при температуре
синтеза, а также вследствие отсутствия отравляющих свойств в от-
личие от соединений мышьяка и ртути. Недостатком этого мате-
риала, ограничивающим его практическое применение, является силь-
ная зависимость его параметров от температуры (при комнатной
температуре).
Изучением электрических свойств антимонида индия занима-
лись многие авторы (Л. 53, 206, 312, 414, 443, 467, 492, 571, 639,
660], и исследования эти еще продолжаются. Из полученных ре-
зультатов можно составить ряд зависимостей основных свойств это-
го материала, интересующих нас с точки зрения проектирования
датчиков Холла и магниторезисторов. В табл. 3-4 приведены ос-
новные физические свойства антимонида индия.
54
Рис. 3-23. Температурная зависимость удельного со-
противления в InSb [Л. 352].
Рис. 3-24. Температурная зависимость коэффициента
Холла в InSbfJI. 312].
Рис. 3-26. Зависимость подвижности от концентрации
электронов в InSb.
.Рис. 3-27. Зависимость коэффициента Холла
Цот индукции в InSb [Л. 51].
Таблица 3-4
Основные”физические свойства антимонида индия
Плотность, г: см? Темпера- тура плавления, № ^Теплопровод- ность, Ткал/'см-сск'^ Хград Теплоемкость, кал^-град Коэффициент линейного расширения, град’1 Ширена запрещен- ной зоны, вв
5,77 523 [Л. 499] 0,04 [Л. 456] — 5,5.10-’ [Л. 499] 0,17 [Л. 499]
Рис. 3-28. Зависимость RalRo
от напряженности магнитного
поля и формы пластины для
антимонида индия п-типа
[Л. —*
На рис. 3-23 и 3-24 представлены температурные зависимости
удельного сопротивления и коэффициента Холла [Л. 206 и 312]. Из
них следует, что в диапазоне ком-
натных температур эти зависимо-
сти очень сильны и в решающей
степени будут влиять на усло-
вия работы датчиков Холла, изго-
товленных из этого материала.
Однако при температурах ниже
200° К антимонид индия характе-
ризуется превосходными парамет-
рами в сравнении с остальными по-
лупроводниковыми материалами с
большой подвижностью носите-
лей. На рис. 3-25 и 3-26 приводят-
ся зависимости подвижности от
температуры и от концентрации
носителей [Л. 312]. Из приведенных
кривых следует, что наибольшей
подвижностью при комнатной тем-
пературе обладает чистый матери-
ал с концентрацией п^Ю16 см \
где подвижность равна 78 000
см?1в сек. При температуре 78° К
подвижность достигает величины
500 000 см2!в • сек [Л. 391]. Руп-
рехт, Вебер и Вайс [Л. 414] показали, что в полях с индукцией
0—40 кгс коэффициент Холла в монокристаллах поч-ти не зависит
Рис. 3-29. Температуриаи зависимость
эффекта магнитосопротивления в InSb
п-типа (Л. 495].
57
ОТ Индукции (когда управляющий ток течет вдоль оси [111]).
Браунерсройтер, Курт и Липман [Л. 51], изучая поведение коэффи-
циента Холла в сильных магнитных полях, показали, что значения
Rh уменьшаются в диапазоне полей 40—170 кгс (рис. 3-27). Имея
достаточно большую подвижность, антимонид индия характеризует-
ся большими значениями эффекта мапштосопрогивлеппя. Эффект
этот изучался Вайсом и Велькером [Л. 495]. В согласии с позднее
разработанной теорией [Л. 297]
Рис. 3-30. Зависимость эффек-
та магнитосопротивления от
концентрации носителей тока
при разных ориентациях образ-
цов [Л. 414].
/77?/ /W7
42 - -75см j/k = 10000г?
Рис. 3-31. Анизотропия эффек-
та магнитосопротивления в кри-
сталле InSb, вытянутом в на-
правлении оси [111].
установлена сильная зависимость
отношения Rb/Rb от формы пла-
стинки, что и показано на рис.
3-28. Величина Rb/Ro в случае об-
разца в виде диска Корбино при-
мерно в 5 раз больше, чем в слу-
чае длинного четырехугольного об-
разца. Вайс и Велькер проводили
измерения на материале с подвиж-
ностью 40 000 см?/в сек. Более
поздние измерения [Л. 200] по-
казали, что в материале с подвиж-
ностью 78 000 см?/в сек удельное
сопротивление в образце с фор-
мой диска Корбино возрастает при-
мерно в 27 раз. Температурная
зависимость эффекта магнитосо-
противления в InSb re-типа и
в поле с напряженностью 7 500 э
показана на рис. 3-29 [Л. 495].
Работа Рупрехта, Вебера и Вайса
[Л. 414] была посвящена изучению
анизотропии эффекта Гаусса в
монокристаллах InSb. Некоторые
результаты этой работы приводят-
ся на рис 3-30—3-32 [Л. 414].
На рис. 3-30 показана зависи-
мость поперечного эффекта магни-
тосопротивления от концентрации
свободных электронов. Парамет-
ром является кристаллографиче-
ская ориентация образца. Оказы-
вается, что если образец в форме
прямоугольного параллелепипеда
вырезай так, что ток течет вдоль
оси [111], то зависимость Др/ро от
концентрации невелика. В случае
двух других приведенных ориен-
таций эффект Гаусса сильно
уменьшается по мере возрастания
концентрации.
Распределение величины попе-
речного эффекта магнитосопротив-
ления в монокристалле, вытяну-
том в направлении [111], показано
на рис. 3-31. Видно, что анизотро-
пия проявляется в сильно вы-
58
Уго/i между I и В
Рис. 3-32. Зависимость эффекта
магнитосопротивления в InSb от
угла между током и индукцией
[Л. 414].
раженной форме. На рис. 3-32
приводится зависимость эффек-
та магнитосопротивления от
угла между током, питающим
образец, и магнитным полем.
В упоминавшейся уже работе
[Л. 51] показано, что эффект
магнитосопротивления в интер-
вале полей от 10 до 170 кгс
возрастает согласно уравнению
— = 14-аВ’.85
’В
и, следовательно, отличается
от теоретической зависимости
с показателем 2.
Термоэлектрические свой-
ства InSb изучали Тауц и Матиас (Л. 467]. Они обнаружили не-
значительную температурную зависимость коэффициента <р в об-
разцах с концентрацией порядка 10!7 сл-3. При комнатной темпера-
туре коэффициент ф достигает значения 0,2 мв/град. Температурная
зависимость коэффициента ф представлена на рис. 3-33 [Л. 467].
Из термомагнитных свойств InSb известными являются только
данные, касающиеся поперечного эффекта Нернста—Эттингсгаузена
и эффекта Риги—Ледюка. На рис. 3-34 представлена зависимость
коэффициента от концентрации носителей при комнатной темпе-
ратуре, составленная по результатам ряда работ [Л. 399, 400, 536,
593, 597]. Из этой зависимости видно, что существует материал
С ге=1017 см~3, в котором эффект Нернста—Эттингсгаузена не на-
блюдается. Зато величина коэффициента Q-L растет с чистотой ма-
териала. Температурная характеристика для одного образца InSb
с п=7,3 • 1016 см~3 (ц = 43 500 см^в-сек) приведена на рис. 3-35
[Л. 597]. Кроме сильной температурной зависимости, видна значи-
тельная зависимость формы кривых' от величины напряженности
магнитного поля.
Рис. 3-33. Температурная зависимость термо-
э. д. с. в образцах InSb различной степени чисто-
ты {Л. 467] (цифры 31, 32 —номера испытанных
образцов).
59
Рис. 3-34. Зависимость коэффициента Эттингс-
гаузена от концентрации п носителей тока
в InSb.
О О - [Л. 593]; □ □ - [Л. 399].
Рис. 3-35. Зависимость коэффи-
циента Эттингсгаузена от тем-
пературы и напряженности маг-
нитного поля в InSb [Л. 597].
Рис. 3-36. Зависимость
коэффициента Риги—Ледю-
ка от температуры и по-
движности носителей тока
в InSb [Л. 327].
I — ц=77 200 см21в сек- 2 — U-
-30 800 си2/в • сек-, 3 — ц-
= 15 600 смЧв-сек.
60
Эффект Риги — Ледюка в InSb
изучал Метте [Л. 327]. Он определил
температурную зависимость коэффи-
циента S и показал различный ее
ход для образцов с разными значе-
ниями подвижности. Если при тем-
пературе 100° К кривые S(T) для
разных образцов подобны, то при
комнатной температуре значения ко-
эффициента S в материале с по-
движностью 77 200 см2!в сек были
в 3 раза больше, чем в материале
с ц=15 600 смЧв-сек (рис. 3-36).
Метте также обнаружил сильную за-
висимость коэффициента S от индук-
ции (рис. 3-37).
3-4. СВОЙСТВА АРСЕНИДА ИНДИЯ
Арсенид индия InAs также отно-
сится к группе полупроводниковых
соединений типа Аш—Bv. Однако
большая ршрина запрещенной зоны
и связанные с этим иные физические
свойства позволяют использовать его
Рис. 3-37. Зависимость
коэффициента Риги—Ледю-
ка от индукции магнитного
поля в InSb [Л. 327].
для создания датчиков Холла
значительно шире, чем InSb. Основные физические величины, харак-
теризующие этот материал, собраны в табл. 3-5.
Таблица 3-5
Основные физические свойства арсенида индия
Рис. 3-39. Температурная зави-
симость коэффициента Холла
в InAs [Л. 127].
Рис. 3-38. Температурная зависи-
мость удельного сопротивления
в InAs [Л. 127}.
61
Основные электрические свойства InAs изучали Фолберт и его
сотрудники (Л. 126—428]. Ряд информационных данных можно так-
же найти 'в других публикациях [Л. 180, 423, 449, 499]. Темпера-
турные зависимости удельного сопротивления и коэффициента Хол-
ла говорят о возможности использования этого материала для нз-
Рис. 3-40. Зависимость подвижно-
сти электронов от их концентра-
ции в InAs [Л; 200].
О — образцы, не прошедшие термо-
обработку; X — образцы после термо-
обработки.
готовления датчика Холла
(рис. 3-38 и 3-39 [Л. 127]). Ар-
сенид индия с концентрацией
носителей 7 1016 см-3 отлича-
ется небольшими изменениями
Ин в диапазоне температуры
0—100° С. На рис. 3-40 [Л. 200]
показана зависимость подвиж-
ности при комнатной темпера-
туре от концентрации приме-
сей. Можно заметить, что по-
движность в этом материале
достигает значения порядка
30 000 см2/в сек, уступая та-
ким образом, только подвиж-
ности в InSb.
Исследования Браунерсрой-
тера, Курта и Липмана [Л. 51]
.показали, что коэффициент
Холла (в материале с Ли —
= 100 cm3Jk) не зависит от ин-
дукции в диапазоне от 0 до
170 кгс.
Эффект магнитосопротивления в InAs изучался Вайсом (Л. 489]
и авторами вышеупомянутой работы [Л. 51] в прямоугольных об-
разцах. Ход характеристики Оо/сгB=f(В) для образна с размерами
20X2X0,1 мм [Л. 51] показан на рис. 3-41. Для индукции В=10кгс
увеличение удельного сопротивления достигает примерно 100%.
Термо-э. д. с. 'в InAs изучали Вайс [Л. 489а], а также Гашим-
заде и Кесаманлы [Л. 575]. На рис. 3-42 показан ход температур-
Оо/Ов от магнитной
индукции в InAs [Л. 51].
Рис. 3-42. Температурнаи зависи-
мость термо-э. д. с. в InAs
(Л. 489а].
А— Ян = 185 см3!*-, В, С—140 см31К1
D — 9 см31*-, £ — 3,9 см3!*.
62
иых зависимостей коэффициента <р по данным работы Вайса. Эти
результаты получены на образцах с разной концентрацией электро-
нов. Вблизи комнатной температуры величина ср изменяется незна-
чительно, со скоростью ие более 0,4 лсв/ернс?. Зависимость термо-
Рис. 3-43. Зависимость термо-
э. д. с. от концентрации носи-
телей тока в InAs [Л. 489а и
575].
Рис. 3-44. Температурнаи зависи-
мость коэффициента Нернста—
Эттингсгаузена в InAs [Л. 592].
л, ел-3: 1 — 7 • 10’3; 2 — 1,5 10'»; 3 —
3 • 1018; 4 - 9 • 1019.
Рис. 3-45. Зависимость коэф-
фициента Нернста — Эттингс-
гаузеиа от концентрации носи-
телей тока в InAs [Л. 592].
э. д. с. от концентрации носителей тока, -взятая из работ (Л. 489а,
575], приводится на рис. 3-43.
Что касается термомагнитных явлений, то имеются данные ис-
следований только поперечного эффекта Нернста—Эттингсгаузена
[Л. 592]. В этой работе изучался InAs л-типа с концентрациями от
7Х1016 до 9Х1019 см-\ На рис. 3-44 и рис. 3-45 приведены темпе-
ратурная зависимость коэффициента Q-*- и его зависимость от кон-
центрации носителей при комнатной температуре. Из приведенных
характеристик видно, что в InAs коэффициент Q-1- принимает зна-
чения, меньшие, чем в аналогичных условиях в InSb.
3-5. СВОЙСТВА АРСЕНИДА—ФОСФИДА ИНДИЯ
Соединение арсенид—фосфид индия (InAsP) является материа-
лом с более сложной структурой, чем материалы, о которых гово
рилось ранее. Оно состоит из трех элементов: мышьяка, фосфора и
индия, входящих в состав двух соединений — описанного в преды-
дущем разделе арсенида индия и фосфида индия. Так как фосфид
индия при обычно больших значениях коэффициента Холла и луч-
ших температурных характеристиках имеет значительно более низ-
62
Кую Подвижность носителей тока [Л. 1'25], Вайс [Л. 487] изучал свой-
ства материала, представляющего собой твердый раствор арсенид
индия — фосфид индия. Он приготовлял твердый раствор из соеди-
нений InAs и InP [Ir^Asj/Pi-,,)] с различным соотношением состав-
ных частей.
На рис. 3-46 н 3-47 показаны зависимости ширины запрещен-
ной зоны и подвижности от состава материала. Для трех основных
материалов с составом г/ = 0,4;
значений соответственно: 4 600,
0,6 и 0,8 подвижности достигали
7 000 и 11 000 см2! в • сек. Два по-
Рис. 3-47. Зависимость
подвижности электронов
в арсениде—фосфиде
иидия от состава
[Л. 487].
Рис. 3-46. Зависимость ши-
рины запрещенной зоны
арсенида—фосфида иидия
от состава [Л. 487].
Рис. 3-48, Температурная
зависимость удельной элек-
. тропроводности в InAso,ePo,4
[Л. 487] (цифры 8, /О, 11 —
номера исследованных об-
разцов).
Nd, см-3-. 8—1,1-10"; 10 —
1.3-101’; It — 1,1-10“.
64
Рис. 3-49. Температурная
зависимость коэффициента
Холла в InAso,6Po,4 [Л. 487]
(цифры 8, 10, 11 — номера
исследованных образцов).
Nd. см--: .8—1,1-10"; 10 —
1,3 • 10”; // — 1,1 • 10".
следних материала являются вполне пригодными для изготовления
датчиков Холла. Вайс изучал их температурные зависимости удель-
ного сопротивления и коэффициента Холла; результаты его изме-
рений приводятся на рис. 3-48—3-51. Из этих рисунков видно, что
коэффициент Холла в этих материалах имеет одинаковые значения,
Рис. 3-50. Температурная за-
висимость удельной электро-
проводности в InAso.sPo.s
[Л. 487] (цифры 3, 6, 7 — номе-
ра исследованных образцов).
Nd, см-3-. 3 - 1,95 10'=; 6 - 1,2 . 101’;
7 — 9,8 • 10”.
Рис. 3-51. Температурная зави-
симость коэффициента Холла
в InAso,8Po,2 [Л. 487] (цифры 3,
6, 7 — номера исследованных
образцов).
Nd, см—3; 3 — 1,95 • 10”; 6 — 1,2 • 1017;
7 - 9,8 • 10”.
но уменьшение этого коэффициента’ в материале с г/=0,8 начинает-
ся лишь при температурах, больших или равных 220° С, а в мате-
риале с (/=0,6 коэффициент Холла начинает уменьшаться уже при
температуре 150° С.
Рис. 3-52. Зависимость сто/ав
От магнитной индукции в
InAs,isPo,2 [Л. 51].
Рис. 3-53. Температурная зависи-
мость термо-э. д. с. в InAso.ePo.i
(Л. 489а].
RH. см3/к; А—420; В — 180; С —40;
D - 5.2.
65
5—1401
В работе [Л. 51] изучался эффект магнитосопротивлеиия в ма-
териале с z/=0,8. В этом материале он в 4 раза меньше, чем в ар-
сениде иидия. Эта зависимость приводится на рис. 3-52. Те же са
мые авторы изучали зависимость коэффициента Холла от напря-
Рис, 3-54. Температурная зависи-
мость термо-э. д. с. в InAsosPo.a
[Л. 489а].
женности магнитного поля.
Проводившиеся замеры в по-
лях с индукцией до 150 кгс не
показали изменения коэффици-
ента Холла.
Термоэлектрические свой-
ства InAsP изучали Вайс
(Л. 489а], а также Бауэрс с со-
трудниками [Л. 47]. Темпера-
турные характеристики термо-
э. д. с. для материалов с у.=
=0,6 и 0,8 (образцы с разной
концентрацией электронов) по-
казаны на рис. 3-53 и 3-54
(Л. 489а]. При комнатной тем-
/?н, см3/к: Л — 400; В —180; С — 9S; пературе зависимость ср от
D — 40; В —5. коэффициента Холла дана на
рис. 3-55. Из представленных
зависимостей следует, что при
комнатной температуре в материалах, пригодных для изготовления
датчиков Холла (/?н=200 см3]к), термо-э. д. с. достигает значения
400—450 мкв]град.
3-6. СВОЙСТВА СЕЛЕНИДА РТУТИ
Селенид ртути относится к полупроводниковым соединениям ти-
па А11—BVI и характеризуется большими подвижностями и доста-
точной легкостью получения тонких слоев при испарении (напыле-
коэффициента Холла в InAsP [Л. 489а].
нии). Первые данные об этом материале относятся еще к 1951 г.
[Л. 541], однако интенсивное развитие исследований этого материа-
ла наступает в 1954—1960 гг. Наибольшее значение подвижности,
в то время найденное в кристаллическом соедниенин при комнатной
температуре, достигало 20 000 смЦв-сек. ГЛ. 152, 561]. Основные
66
Юмсм)-’
Рис. 3-59. Зависимость удельной электро-
проводности от концентрации носителей то-
ка в HeSe [Л. 1521. ।
67
температурные зависимости ст, Rh ища также зависимости этих
параметров от концентрации носителей тока приводятся на
рис. 3-56—3-61. Эти данные взяты из работ [Л; 152, 541, 561].
Рис. 3-60. Зависимость подвижности носителей тока в HgSe от их
концентрации [Л. 152 и 561].
Гобрехт {Л. 152], изучая эффект магнитосопротивления в HgSe,
обнаружил существование значительной анизотропии. В магнитном
Рис. 3-61. Зависимость
коэффициента Холла от
концентрации носителей
тока в HgSe [Л. 152
и 561].
поле с индукцией В= 13,5 кгс значение Aip/ро изменялось в пределах
20—60% в зависимости от ориентации кристалла. Результаты
Гобрехта приводятся на рис. 3-62.
Рис. 3-63. Температурная зави-
симость термо-э. д. с. в HgSe.
Рис. 3-62. Анизотропия эффекта маг-
нитосопротивления в HgSe [Л. 152].
Угол между /нВ
12 3
направление I (111} (НО] [100]
направление В [НО] [001] [001]

Рис. 3-64. Зависимость термо-
э. д. с. от концентрации носителей
Рис. 3-65. Зависимость
коэффициента Нернста—
Эттингсгаузена от магнит-
ного поля в HgSe [Л. 686].
Рлс. 3-66. Температурная
зависимость коэффициента
Нернста—Эттингсгаузена в
HgSe [Л 686].
/ — л-5.5 Ю'7 сж-’; 2 —л-
= 1.4 • 10” сл-з; з~ образец из-
готовлен с применением селена
технической чистоты,
Рис. 3-67. Зависимость коэффи-
циента Риги—Ледюка от кон-
центрации носителей тока в
HgSe {Л. 501].
циента Риги —Ледюка от маг-
нитного поля в HgSe [Л. 501].
Рис. 3-69. Температурная
зависимость удельной элек-
тропроводности в HgTe
(образцы разной степени
чистоты) по [Л. 291 и 402].
Рис. 3-70. Температурная
зависимость коэффи-
циента Холла в HgTe
(образцы разной степе-
ни чистоты) по [Л. 291 и
402].
Рис. 3-71. Температур-
ная зависимость подвиж-
ности электронов в HgTe
по [Л. 291].
Рис. 3-72. Зависимость удельной
электропроводности от концентра-
ции носителей тока в HgTe по
[Л. 291, 402, 561 и 688].
Рис. 3-73. Зависимость подвиж-
ности носителей тока от нх
концентрации • в HgTe по
[Л. 291, 402, 561 и 688].
70
Измерениями Термо-э. Д. с. занимались Врач, Жданова и Леа
[Л. 561], а также Гобрехт [Л. 152]. Зависимость ср от температуры
и концентрации носителей приводится на рис.3-63 и 3-64. При ком-
натной температуре значение ср не превышает 100 мкв!град, являясь,
таким образом, достаточно малым с точки зрения пригодности этого
материала для изготовления датчиков Холла.
Термомагнитные явления в кристаллах HgSe изучали Цидиль-
ковский '[Л. 686] и Унтселт [Л. 501]. Цидильковский показал, что
поперечный эффект Нернста—Эттингсгаузена, кроме зависимости от
концентрации и температуры, обнаруживает сильную зависимость
от магнитного поля. Результаты исследований Цидильковского при-
водятся на рис. 3-65 и 3-66. Уитселт подтвердил также зависимость
коэффициента Риги—Ледюка от концентрации носителей и магнит-
ного поля, что можно видеть на рис. 3-67 и 3-68.
3-7. СВОЙСТВА ТЕЛЛУРИДА РТУТИ
Теллурид ртути — второй полупроводниковый материал из груп-
пы соединений AIJBVI — обладает свойствами, в основном, подоб-
ными свойствам HgSe, но отличается еще большими подвижностя-
ми (наибольшее значение, полученное до настоящего времени, до-
стигает 22 500 см21в сек [Л. 561]) и большими значениями коэффи-
циента Холла при несколько худших температурных свойствах. На
Рис. 3-74. Зависимость коэффи-
циента Холла от концентрации но-
сителей тока в HgTe по [Л. 291,
402, 561 и 688].
магнитосопротивлення
в HgTe [Л. 642].
Рис. 3-76. Температурная
зависимость коэффициента
Нернста — Эттингсгаузена в
HgTe [Л. 687] (/, 11 — номе-
ра исследованных образ-
цов).
/-п=(1-2) • 10” сж-3; 11-п-
ш(2—4) • 10” см-3.
71
рис. 3-69 — 3-f4 представлены, как и в случае HgSe, основные элек-
трические свойства HgTe, почерпнутые из многих работ [Л. 41, 73,
146, 181, 291, 401—403]. Эффект магиитосопротивления в кристаллах
HgTe изучали Никольская и Регель [Л. 642]; они показали, что
увеличение удельного сопротивления в поле с индукцией В=10 кгс
достигает десятков процентов (рис. 3-75).
Данные о термо-э. д. с. можно найти в работе [Л. 561], где
приведено значение ф=115 мкв/град при комнатной температуре.
Поперечный эффект Нернста—Эттингсгаузена изучали Цидиль-
ковский {Л. 687], а также Товстюк с сотрудниками [Л. 676]. Однако
результаты обеих работ не позволяют произвести корреляцию
Q1 =f(n) из-за их противоречивости. Поэтому приводим только две
температурные характеристики для образцов с различной концен-
трацией при комнатной температуре: кривая 1—н=3,9-1017 см~3;
кривая 11—п=2,8- 1017 см~3 (рис. 3-76).
3-8. СИСТЕМА HgTe— HgSe
Существуют возможности получения твердых растворов систе-
мы HgTe—HgSe (например, [Л. 402]). Электрические свойства твер-
дых растворов изменяются в зависимости от содержания Те и Se
в смеси, что дает возможность изготовлять датчики Холла с про-
межуточными свойствами. Однако изменения эти незначительны, что
Рис. 3-77. Зависимость
подвижности электронов
от состава твердого рас-
твора в системе HgTe—
HgSe [Л. 402].
видно из кривой зависимости подвижности носителей тока от со-
става, приведенной на рис. 3-77 [Л. 402]. Термоэлектрические свой-
ства этих твердых растворов изучали Врач, Жданова н Лев (Л. 561].
Они нашли, что коэффициент ф изменяется линейно в зависимости
от содержания Те, принимая значение 95 мкв/град в HgSe и
115 мкв/град в HgTe.
3-9. СИСТЕМА HgTe—CdTe
Система CdHgTe является значительно интереснее с точки зре-
ния пригодности для изготовления датчиков Холла (Л. 137, 138, 291,
450, 614, 688].
Материал состава Cdo.iHgo.sTe имеет аномальные электрические
свойства. Подвижность в нем имеет значения большие, чем в HgTe
и в CdTe. Если эта аномалия при комнатной температуре прояв-
ляется в незначительной степени (рис. 3-78) [Л. 291], то при темпе-
ратуре 77° К подвижность достигает значений от 150 000 до
300 000 см2/в • сек (рис. 3-79). При этой температуре только InSb
имеет большее значение подвижности. В работе Галацки и Гирята
72
[Л. 137] сообщается о получении материала Cdo.iHgo.aTe с примесью
теллура со следующими свойствами при температуре Т=300°К:
/?я =—44,4 см3/к, сг=850 (ол-сж)-1 и р.= 37 700 смЧв-сек, что-
ставит этот материал с точки зрения подвижности выше, чем InAs.
Материал этот в настоящее время находится в стадии интенсивных
Рис. 3-78. Зависимость удельной элек-
тропроводности, коэффициента Холла и
подвижности носителей тока от состава
твердого раствора CdHgTe; Т=300°К
[Л. 291].
Рис. 3-79.- Зависимость удельной элек-
тропроводности, коэффициента Холла и
подвижности носителей тока от состава
твердого раствора CdHgTe; Г=77°К
[Л. 291],
73
ом/см
Рис. 3-80. Температурная зави-
симость удельного сопротивле-
ния в образцах Cd3As2 разной
степени чистоты [Л. 521] (циф-
ры 2, 26, 32 — номера иссле-
дованных образцов).
чениях подвижности (от 10000
3-82 показаны основные электрические
приводимые Ждановичем [Л. 521].
исследований, которые могут при-
вести к дальнейшему совершен-
ствованию электрических свойств.
Следует также провести исследо-
вание возможности получения об-
разцов напылением, чтобы прове-
рить возможность добиться близ-
ких свойств также и в тонких
слоях.
3-10. СВОЙСТВА АРСЕНИДА КАД-
МИЯ
Интересными электрическими
свойствами обладает также не-
давно изученный арсенид кадмия
Cd3As2 (Л. 521, 522, 523] с темпе-
ратурой плавления 72Г С. Он яв-
ляется весьма подходящим для
использования в датчиках Холла,
получаемых напылением, так как
пленки из этого материала обла-
дают незначительной зависимостью
коэффициента Холла от темпера-
туры при достаточно больших зна-
14 000 см2/в сек). На рис. 3-80—
свойства этого материала,
Рис. 3-81. Температурная
зависимость коэффициента
Холла в образцах Cd3As2
разной степени чистоты
[Л. 521] (цифры 2, 9, 26,
32—номера исследованных
образцов).
Рис. 3-82. Температур-
ная зависимость подвиж-
ности носителей тока
в Cd3As2 {Л. 521].
74
Рис. 3-83. Температурная зави-
симость термо-э. д. с. в CdjAsa
[Л. 521].
Термо-э. д. с., достигающая при 7=300° К значения около
60 мкв/град, имеет наименьшее значение по сравнению с ранее упо-
мянутыми полупроводниковыми материалами (рис. 3-83).
Данных о термомагнитных эффектах в Cd3As2 до сих пор нет.
Главе четвертая
ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ
Основными характеристиками полупроводниковых материалов
. с точки зрения пригодности их для создания датчиков Холла яв-
ляются: удельное сопротивление или удельная проводимость и ко-
эффициент Холла (подвижность определяется этими двумя пара-
метрами). Кратко рассмотрим основные методы измерения этих ха-
рактеристик.
4-4. ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
В технологии датчиков Холла, кроме среднего значения о (или
о), в ряде случаев необходимо знать распределение удельного со-
противления в пластине датчика Холла. Как следует из § 2-1—2-3,
неоднородность образца может быть причиной возникновения явле-
ний, мешающих работе датчика Холла. Ниже рассматриваются
обычно применяемые компенсационные методы измерения р и не-
однородностей распределения р, а затем фотоэлектрический метод,
позволяющий очень точно определять распределение р.
Компенсационные методы. К самым популярным методам изме-
рения удельного сопротивления относятся компенсационные двух- и
четырехзондовый методы. Эти методы подробно описаны Волдесом •
[Л. 478] и Ухлиром {Л. 477]. Принципиальная схема обоих методов
показана на рис. 4-1. В случае образца правильной формы исполь-
зуется двухзондовая схема. Через образец пропускается ток I, а
между остриями перемещающихся зондов измеряют напряжение,
компенсационным методом. Значение удельного сопротивления опре-
деляется формулой
p=Ustfa., (4-1)
75
где U — напряжение, измеренное компенсатором, s — поперёчйоё се-
чение образца, а — расстояние между зондами.
Двухзондовыи метод достаточно хорошо служит для определе-
ния неоднородности материала. Можно выполнить зонд с расстоя-
нием между остриями от 0,1 до 0,3 мм, что позволяет получать
такого же порядка разрешающую способность зонда. Во многих
случаях это дает удовлетворительные результаты, но необходимо
Рис. 4-1. Схемы измерения удельного сопротивле-
ния в полупроводниках двухзондовым (а) и че-
тырехзондовым (б) методами.
К — компенсатор (измерительный потенциометр); Р —
полупроводник; А — амперметр.
подчеркнуть, что изготовление такого зонда и сохранение неизмен-
ным расстояния между остриями требует большой точности как
в изготовлении, так и в работе с зондом. -
Для измерений четырехзондовым методом достаточно иметь
плоский срез поверхности образца. Питающий ток поступает через
внешние зонды. Между внутренними зондами измеряется падение
напряжения с помощью компенсатора. Чаще всего применяется го-
ловка с четырьмя зондами, расположенными на расстоянии 1 мм
один от другого. Тогда для определения удельного сопротивления
служит формула
U
р = 2ла-- (4-2)
Головка с четырьмя зондами практически непригодна для опре-
деления неоднородностей, так как ее разрешающая способность
мала, а изготовление головки с расстоянием между зондами, мень-
шим 1 мм, представляет очень большие трудности.
Так как формула (4-2) предназначена для измерения удельного
сопротивления па полубесконечном образце, то в случае' образца
с не очень большими размерами необходимо вводить соответствую-
щие поправки. Таблицу поправок для четырехзондового метода из-
мерения удельного сопротивления разработал Ухлир [Л. 477]; по-
правки, чаще всего встречающиеся при измерениях на холловских
пластинах, приведены в табл. 4-1—4-3. Удельное сопротивление опре-
деляется из зависимости
р — Ризм/CD, (4-3)
где ризм — измеренное значение удельного сопротивления, CD — ве-
личина поправки, определенная из таблиц.
76
Таблица 4-1
Поправки для'определений удельного сопротивления
в тонком образце
0,9
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,5
со
),4СС8
1,5045
1,7329
1,9809
2,2410
2,5083
2,7799
3,4674
Очень важной проблемой является наличие ряда сопутствую-
щих протеканию тока эффектов, которые могут исказить результаты
измерения удельного сопротивления. К ним относятся как контакт-
ные, так и объемные явления (возникающие в случае существова-
ния неоднородностей). Влиянием контактных явлений можно пре-
небречь, если выполняются следующие предпосылки:
1) контакты являются невыпрямляющими;
2) величина управляющего тока мала;
Таблица 4-2
Поправки для определения удельного сопротивления
в тонком образце вблизи края 4
<5 С £
0,0 0,1 0,2 0,5 1,0 2.0 5,0 10,0
0,0 2,000 1,9561 1,8764 1,5198 1,1898 1,0379 1,0029 1,0004
0,1 2,002 1,97 1,88 1,52 1,19 1,010 1,004 1,0017
0,2 2,016 1,98 1,89 1,53 1,20 1,052 1,044 1,00)4
0,5 2,188 2,15 2,05 1,70 1.35 1,176 1,103 1,0,177
ло 3,003 2,97 2,87 2,45 1,98 1,667 1,534 1,512
2,0 5,550 5,49 5,34 4,61 3,72 3,104 2,838 2,795
5,0 13,863 13,72 13,32 11,51 9,28 7,744 7,078 6,969
10.0 27,726 27,43 26,71 23.03 18,55 15,49 14,153 13,938
77
Таблица 4-3
Поправки для определения удельного сопротивления
в тонком образце. Зонд установлен перпендикулярно к краю
S с te ] t*4
0 0,1 0,2 0,5 1.0 2,0 со
0,0 1,4500 1,3330 1,2555 1,1333 1,0595 1,0194- 1,0000
0,1 1,4501 1,3331 1,2556 1,1335 1,0597 1,0198 1,000)
0,2 1,4519 1,3352 1,2579 1,1364 1,0'37 I,0255 1,0070
0,5 1,5285 1,4163 1,3476 1,2307 1, lt)4S 1,12г>3 1,0236
1,0 2,0335 1,9255 1 3526 1,7294 1,638 1,5620 1,5045
2,0 3,7236 3,5660 3,4486 3,2262 3,0170 2/0,0 2,7799
5,0 9,2895 8,8943 8,0472 7,5991 7,2542 7,0216 6,9315
10,0 18,5330 17,788 17,205 16,0944 15,198 14,508 13,863
3) расстояние зонда от токового контакта больше эффективной
длины диффузии носителей тока (в случае головки с двумя зон-
дами) .
Влияние объемных явлений в случае германия проанализировал
Баранский {Л. 532]. К этим явлениям можно причислить:
1) неоднородность выделения джоулева тепла;
2) объемную электродвижущую силу (Баранского);
3) объемное явление Пельтье;
4) объемный эффект Томсона.
Чтобы предупредить появление указанных эффектов при изме-
рении удельного сопротивления, необходимо, согласно Баранскому
[Л. 532], ограничить плотность тока, протекающего через образец
с удельным сопротивлением р«10-э20 ом • см, значением примерно
10—15 MajcM?, если градиент удельного сопротивления не превы-
шает 50—1ОО°/о/сл(. При необходимости избежать влияния объемной
электродвижущей силы (возникающей в результате явления Баран-
ского) хорошие результаты дает пескоструйная обработка или гру-
бая шлифовка поверхности полупроводника. Рассмотренные эффек-
ты особенно интенсивно проявляются в кристаллах германия и
кремния, в то время как в интерметаллических материалах в боль-
шинстве случаев они пренебрежимо малы.
Фотоэлектрический метод. Измерение фотоэлектрического напря-
жения, так называемого напряжения Тауца, возникающего в ре-
зультате прохождения избыточных носителей через освещенное про-
странство с градиентом удельного сопротивления, позволяет выяв-
лять очень малые неолнооодности распределения р. О возникнове-
78
нии напряцения Тауца в полупроводниках уже говорилось в § 2-3.
Схема, служащая для измерения распределения фотоэлектри-
ческого напряжения в полупроводниковом образце с целью опре-
деления неоднородности, показана на рис. 4-2 {Л. 465]. При помощи
Рис. 4-2. Схема установки для измерения рас-
пределения удельного сопротивления фото-
электрическим методом [Л. 465].
/ — л а мл а осветителя; 2 — оптическая система; 3 —
диафрагма; 4 — монохроматор; 5 — образец на по-
движном столике; 6 — компенсатор (измерительный
потенциометр).
соответствующей оптической системы исследуемый образец, нахо-
дящийся на перемещающемся предметном столике, освещается све-
товым лучом. Образец закрепляется двумя свинцовыми зажимами,
на которых компенсационным методом измеряется значение фото-
электрического напряжения. Измерение неоднородности основано на
построении карты значений фотоэлектрического напряжения, кото-
рое пропорционально значению градиента удельного сопротивления.
Рис. 4-3. Пример картины распределения удельного сопротивления
в кристалле германия. Величина р=0,4б ом-см в точке 100 принята
за 100%.
79
Измеряя возможно точнее удельное сопротивление в одной точке
образца двух- или четырехзондовым методом, можно затем пересчи-
тать по распределению фотоэлектрического напряжения распределе-
ние удельного сопротивления, принимая измеренное значение р за
условный уровень.
На рис. 4-3 показано распределение удельного сопротивления
в кристалле германия. Необходимо, однако, отметить, что этот кри-
сталл имеет заранее предусмотренные большие значения градиента
удельного сопротивления. В обычных кристаллах германия, полу-
ченных методом Чохральского, значение grad р колеблется в преде-
лах 5—30% 1см. Этот метод использовался уже для исследования
неоднородностей в кристаллических образцах германия, кремния н
антимонида индия [Л. 465].
4-2. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ХОЛЛА
Коэффициент Холла определяют по измерениям напряжения
Холла в соответствии с формулой (2-436). Как известно из преды-
дущих разделов, явлению Холла сопутствует ряд других эффектов,
которые могут существенным образом влиять на значение измеряе-
мого напряжения. В случае измерения на постоянном токе выход-
ное напряжение будет представляться следующей суммой:
Uy = UyH + UyE + UyNE + UyRL + ^«0 + UуТ + (4'4)
где Uyи — напряжение Холла; UyE— напряжение Эттингсгаузена,
UyNE — напряжение Нернста—Эттингсгаузена, иуЕЕ— напряжение
Риги—Ледюка, Uyl> — линейное резистивное остаточное напряжение,
иут — термоэлектрическое напряжение, Uyw — напряжение Тауца,
возникающее из-за инжекции носителей.
В большинстве случаев напряжением Uyw можно пренебречь по
причинам, изложенным в § 5-6. Выполняя измерения при поочеред-
но изменяющихся направлениях 1Х и Bz, получаем следующую си-
стему уравнений (Л. 295]:
и. (/, В) = UyH + иеВ + UyNB, + UyRL + Uvt + uyf,
- (- Д В) = - иун - UyE + uyNB+uyRL- uy„+ иyT-
Ua (— /, — £)= UyB + UyB — UyHE ~~ UyBL — UyT\
- Ut (/, - B) = - uyH - uyB - uyNE-uyRL+uVi+uyT.
Из вышеуказанных уравнений получается следующее выраже-
ние:
„ Lr, U' + Uz + Ua + Ua
UyH + UyB 4 : '
(4-6)
Как следует нз формулы (4-6), выполняя поочередно четыре
измерения напряжения Холла, можно исключить четыре паразитных
напряжения; только напряжение Эттингсгаузена неотделимо от на-
пряжения Холла. Однако необходимо подчеркнуть, что это справед-
ливо только в случае, когда напряжения Нернста—Эттингсгаузена
и Риги—Ледюка возникают в результате теплового потока, вызван-
В0
ного неоднородностью образца, а не теплом Пельтье, поток кото-
рого изменяет свое направление прн смене полярности тока I*.
В таком случае напряжения Нернста—Эттингсгаузена и Риги—
Ледюка не удалось бы исключить.
Многократное измерение напряжения Холла дает достаточно
хорошие результаты, но является очень трудоемким. Эти Измерения
значительно облегчаются при использовании переменных тока или
индукции. В случае измерений на переменном токе могут иметь ме-
сто следующие варианты: х
1. Управляющий ток является переменным Ix=Ixm sin mt, а ин-
дункция В = const или наоборот B = Bmsinwt, а 1Х — const.
2. Ток 1Х и магнитная индукция В — переменные (1Х=
=Ixm sin mt, а также В = Вт sin mt).
3. Ток lx и магнитная индукция В — переменные, но имеют
разные частоты: Ix = IXm sin (щ/; В = Вт sin m^t.
Напряжение Холла UyH, а также напряжение Эттингсгаузена
иув зависят как от тока, так и от индукции. Сопутствующие оста-
точные напряжения Uyl), UyT и Uyw являются функциями /х, а
UyNB и иувв, а также напряжение, индуктируемое в проводниках,
иув — являются при определенных значениях тока 1Х функциями
магнитной индукции (§ 5-6).
[3 табл. 4-4 собраны данные относительно характера отдельных
напряжений, сопутствующих напряжению Холла при разных усло-
виях его измерения. - Напряжения термоэлектрического характера,
т, е. собственно термоэлектрическое, напряжение, а также напря-
жения, возникающие вследствие явлений Эттингсгаузена, Нернста —
Эттингсгаузена н Риги—Ледюка, имеют сомножитель (где
(оо — безразмерная постоянная), описывающий уменьшение этих на-
пряжений по мере роста частоты напряжения питания. Это объяс-
няется тепловой инерцией этих явлений. В табл. 4-4 обрамлением
клеток отмечены напряжения, которые возникают вместе с напря-
жением Холла во время измерения, т. е. имеют ту же самую ча-
стоту. Напряжения в необрамленпых клетках в данном измерении
исключаются. Из таблицы видны преимущества, которые достига-
ются благодаря применению для измерения напряжения Холла пе-
ременного питающего напряжения.
1. В случае питания образца переменным током прн постоянной
магнитной индукции (№ 1 в табл. 4-4) исключаются напряжения
UyNB, UljRL, а при использовании достаточно высокой частоты
питающего тока устраняются также напряжения .UyE и Uyr- По-
этому при осуществлении указанных условий получаем следующее
выражение для выходного напряжения:
uv = иин + + UW (4’7)
2. В случае переменного магнитного поля, при достаточно боль-
шой частоте й при постоянном питающем токе (№ 2 в табл. 4-4),
получается
U^UyH.+ UyNB+UyB. ' .(4-8)
3. В случае, когда оба управляющих сигнала переменные н од-
ной частоты, получаем иа второй гармонике:
U^UvH+UVWt (4-9)
6—140) g|
Составляющие выходного напряжения при измерении
№ п/п. Питание Выходное
иун y«o
1 Л ~ sin u>t; В„ sinate~mtla,o
sin at sin at

2 /=; B-x-Sinof sin at sin wte“0,</0>» const
3 4 -ч. sin at; В ~ sin at cos 2<oi cos 2wi e~“^““ sin tot
!х «ч. sin «>!<; fl ~ sin ы2/ COS (toj+Ws)^ cos (<>>!—<o2)O< (co,—<B3)/ Xe “° sin <0]/
4. Идеальным случаем является управление схемы сигналами
двух разных частот. Тогда выходным напряжением с разностной
di—юз или суммарной coi + co2 частотой является только напряже-
ние Холла (№ 4 в табл. 4-4)
Uv=-U,lH. (4-10)
Общим достоинством метода измерения напряжения Холла
с помощью переменного тока является возможность получения боль-
шей чувствительности схемы, чем при постоянном токе, благодаря-
Рис. 4-4. Простейшая схема для измерения
коэффициента Холла на постоянном токе.
82
Таблица 4-4
напряжения Холла в зависимости от вида питания
напряжение
VyT UyNE I UyRL VyB
sin со/е~ш*/<о“ sin со/ const const 0
const const sin co/ sin cofe- sin co/
sin со/е~“^““ cos 2co/ since/ sinco/e-“">“ sin co/
sin <о/е~“>,</ю° sin co sin co2i sin co2fe— sin co2/
относительной простоте исполнения весьма чувствительных электрон-
ных приборов. Существует много вариантов схем для измерения
эффекта Холла в полупроводниках {Л. 55, 67, 100, 111, 330, 341,
370, 381, 389, 595], но здесь мы ограничимся описанием простейшей
схемы на постоянном токе, а также схемы с управляющими сиг-
налами разных частот.
Простейшая схема для измерения напряжения Холла на посто-
янном токе показана на рис. 4-4. Полупроводниковый образец
- в форме прямоугольного параллелепипеда питается от батареи Вь
, Система резисторов У?2 и R3 служит для компенсации остаточного
Рис. 4-5. Схема для измерения коэффи-
циента Холла с устранением влияния пара-
зитных эффектов [Л. 549].
6*
83
напряжения. Образец находится в магнитном поле, например, элек-
тромагнита, питающегося от батареи аккумуляторов В2. Напряже-
ние Холла измеряется при помощи компенсатора постоянного тока.
Блок-схема для измерения напряжения Холла при управлении
током и магнитной индукцией разных частот показана па рис. 4-5
[Л. 549]. Звуковой генератор питает пластину током с частотой
/=75 гц. Электромагнит подключен к сети с частотой f=50 гц.
Напряжение Холла разностной частоты /=25 гц усиливается при
помощи избирательного усилителя. Значение напряжения можно из-
мерять с помощью электронного прибора или электронного самопи-
шущего компенсатора. Осциллоскоп служит для контроля настройки
схемы. В случае неправильной настройки избирательного усилителя
на экране осциллоскопа будет наблюдаться деформированная си-
нусоида. Если возникает необходимость измерения коэффициента
Холла в материалах с большим удельным сопротивлением (напри-'
мер, при низких температурах), то используют импульсное питание
образца. Этим спо'собом избегают излишнего перегрева образца
управляющим током. Такую схему описали Брум п Роуз-Ипс
[Л. 55].
Глава пятая
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
S-1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Идеальный датчик Холла должен обладать 'следую-
щими свойствами:
1) большой чувствительностью;
2) большим выходным напряжением;
3) большим к. и. д. и большой мощностью, снимае-
мой с электродов Холла;
4) независимостью параметров от температуры;
5) линейностью относительно Ix, Bz и R -(активное
-сопротивление нагрузки).
Из свойств полупроводниковых материалов, рассмот-
ренных в гл. 3, следует, что перечисленные требования
являются, в общем, противоречивыми и все одновремен-
но не могут быть выполнены. По этой причине проекти-
рование датчиков Холла необходимо проводить с учетом
их конкретного назначения, не обращая особого внима-
ния на менее существенные параметры и стараясь полу-
чить соответствующие значения заданных параметров.
В ряде конкретных применений появляются дополни-
тельные требования, такие как:
1) малая толщина датчика Холла — в случае работы
в узких зазорах;
84
с2) малые размеры активной поверхности — в случае
исследования распределения неоднородности магнитно-
го поля.
Результатом проектирования является обычно пред-
ложение, относящееся к выбору определенного полупро-
водникового материала для изготовления датчика Холла.
Наличие в распоряжении только одного какого-то опре-
деленного материала для изготовления датчика Холла
уже сильно ограничивает возможности проектирования.
5-2. ПАРАМЕТРЫ ИДЕАЛЬНОГО ДАТЧИКА ХОЛЛА
Проанализируем теперь критерий, которому должен
удовлетворять полупроводниковый материал, чтобы из-
готовленный из него датчик Холла имел наилучший к. п. д.,
большую выходную мощность и большую чувствитель-
ность. Входная мощность датчика Холла может быть за-
писана в виде
Px = /[Rx=fP -<L. (5-1)
Выходная мощность выражается зависимостью
‘ = (5-2)
Будем рассматривать дальше случай согласованной
нагрузки, т. е. случай, когда R=RV (где R — сопротив-
ление нагрузки). Тогда
= (5-3)
а
~ (5-4)
где | — коэффициент, связанный с растеканием тока в
пластине между электродами Холла. Практически он
колеблется в пределах 2—5 [Л. 416].
Используя зависимости (5-3) и (5-4), запишем урав-
нение (5-2) в виде
U2„ac
85
Подставляя сюда значение Uv из (2-43), получим
формулу для к. п. д. в виде
Р* _
Рх 4р2£
Так как р = 1/а и а==р., то
• и.2 В2
»1— 4g •
(5-6)
(5-7)
Для материала, в котором доминирует рассеяние на
тепловых колебаниях решетки, уравнение (5-7) можно
записать в виде* I
Т1 = 0,34-10-1в • (5-8)
Здесь ц. — в см2[в-сек, В — в гауссах.
Как видно, к. п. д. является функцией подвижности
носителей тока и напряженности магнитного поля, а так-
же в определенной степени конструкции потенциальных
электродов.
В табл. 5-1 сравниваются теоретические к. п. д. дат-
чиков Холла, вычисленные на основании формулы (5-8)
для достаточно чистых материалов (подвижность в ко-
торых лишь в незначительной степени зависит от кон-
центрации примесей) в предположении, что £=4, а
В=1000 гс. На основе результатов, представленных в
табл. 5-1, можно утверждать, что к. п. д. датчиков Холла
невелики, несмотря на то, что они были рассчитаны для
условия согласованной нагрузки. Как будет показано
.в § 5-4, в действительности к. п. д. в датчиках Холла не
описывается формулой (5-8), а принимает меньшие зна-
чения— особенно в области больших напряженностей
магнитного поля.
Максимальное напряжение, снимаемое с электродов
Холла, ограничено прежде всего тепловыми свойствами
пластины. Поэтому входная мощность датчика Холла,
определенная зависимостью (5-1), может быть представ-
лена в другом виде, а именно
Px = vSA7’, (5-9)
* Эта формула справедлива только для слабых магнитных по-
лей, при которых очень слабо проявляется магниторезистивный эф-
фект (прим. ред.).
86
где v — коэффициент теплоотдачи, S = 2ab—площадь
поверхности датчика Холла, ЛТ — допустимый прирост
температуры сверх температуры окружающей среды-
Таблица 5-1
Коэффициент полезного действия датчиков Холла
Материал V см1/в-сек 4 Я, %
Ge (р=1 ом-см) 3 550 0,011
Si (р=1 ом-см) 1 200 0,0012
InSb 42 000 1,50
InAs 21 000 ' 0,375
7 000 0,044
lnAse,,PM 11 100 0,11
HgSe 4 000 0,0135
HgTe z 6 200 0,033
Cdt As2 2 000 0,0036
Из уравнений (5-1) и (5-9) можно определить макси-
мальный управляющий ток датчика Холла
Лмакс = Ь У2\ЛТ<зс . (5-10)
Подставляя зависимость (5-10) в (2-436), получаем
выражение для максимального напряжения Холла:
Uy макс RНВЬ
2ча&Т
С
(5-11)
или, используя формулу (5-9),
^макс = в/ (5-12)
При помощи уравнения (5-11), а также данных, со-
держащихся в § 3, можно подсчитать максимальное
теоретически возможное выходное напряжение в датчи-
ке Холла при индукции В = 1000 гс. Вычисления про-
ведены для датчиков Холла с размерами: п=1,2 см, Ь =
—0,6 см и с=0,01 см, изготовленных из кристаллических
материалов; в случае пленочных датчиков Холла под-
ставлялось значение толщины, отвечающее оптимальным
свойствам слоя. Результаты расчетов представлены в
табл. 5-2. Как следует из нее, среди кристаллических
датчиков Холла наибольшим выходным напряжением
87
! отличается кремниевый датчик Холла с удельным сопро-
тивлением 10 ом-см; дальше идут датчики Холла из гер-
мания, а затем с небольшими уже отличиями датчики
Холла из InAso.ePo.z, InSb, InAso,ePo,4 и InAs. В случае
[ пленочных датчиков Холла лучшими свойствами отлича-
; ется датчик Холла, изготовленный из InSb, выходное
напряжение которого в 15—30 раз больше выходного на-
• пряжения других пленочных датчиков Холла и в 2—20
• раз больше напряжения кристаллических датчиков
! Холла.
Т а б л и ц а 5-2
Максимальное выходное напряжение и вольтовая (магнитная)
чувствительность датчиков Холла с размерами а=1,2 см,
5=0,6 см и толщиной с (v=0,004 вт град и В=Л кгс)
Материал C, CM RH- cm3 Ik AT, °C {OM-CAl)"' ^уЯмакс' в T' мкв.'гс
С» 1р=0,5 ом-см 0,01 . 3 000 70 2 0,191 191
1 р=1,0 ом-см 0,01 4 200 40 1 0,144 144
Si 1Р=0’5 ом-см 0,01 550 300 2 0,084 84
(р=10 ом-см 0,01 26 000 150 0,1 0,54 540
1пЧЬ см~3 0,01 80 50 700 0,080 80
1/2=1,3.10’®^-’ 0,01 300 10 100 0,051 51
InAs 0,01 100 80 200 0,067 67
InASO.6Po,4 0,01 180 250 15 0,084 84
0,01 250 200 30 0,103 103
HgTe ’ 1,3.10-* 13 80 200 0,077 77
HgSe 4,2-10-* Г0.7 100 380 0,055 55
InSb 2-10-* 400 25 200 1,1 1 100
CdjAsg 2-10-* 9,3 80 145 0,038 38
Следующим из основных параметров датчика Холла
является его чувствительность. Существуют два опреде-
ления чувствительности, причем первое из них связано
с максимальным выходным напряжением и определяется
как
, = .^нмакс умкв^с}. (5-13)
• I D '
В последней колонке табл. '5-2 дано значение у', кото-
рое пропорционально значению UyJlMaKC. В отличие от
другого определения чувствительности, данного ниже —
чувствительность у' будем называть вольтовой (магнит-
ной) чувствительностью,
е?
Второе определение рассматривает чувствительность
датчика Холла как напряжение Холла, полученное при
единичном управляющем токе и единичной магнитной
индукции, и согласно зависимости (2-436) выражается
формулой
Выражается она обычно в в/а-кгс. Чувствительность,
определенная согласно выражению (5-14), однозначно
определяет наклон статических характеристик t/y=
=|(1Х,В). Опираясь на данные гл. 3 и 5, можно рас- j
считать чувствительность у, которая может быть достиг-
нута в датчиках Холла, выполненных из разных мате-
риалов при тех же предпосылках, которые использова-'
лись при составлении табл. 5-2. Рассчитанные величины
представлены в табл. 5-3.
Таблица 5-3
Чувствительность датчиков Холла
Материал cms/k C, CM T, s/а-кгс
Ge (р=1 ом-см) 4,2-10a 0,01 4,2
Si (р=10 ом-см) 2,6.104 0,01 26,0
InSb 300 0,01 0,3
InAs 100 0,01 0,1
lnXs0,eP0,4 180 0,01 0,18
inASo,8po°;2 250 0,01 0,25
HgSe (пленочный) 10,7 4,2-10-4 1,0
HgTe (пленочный) 13 1,3-io-4 1 ,0
InSb (пленочный) 400 2.10"4 20,0
InAs (пленочный) 100 2-10-4 5,0
Cd,As2 (пленочный) 9 2-10-4 0,45
Среди кристаллических датчиков Холла наибольшую
чувствительность имеют датчики Холла, изготовленные
из материалов с большим коэффициентом Холла — крем-
ния и германия; наименьшую чувствительность имеют
датчики из InAs. Пленочные датчики Холла в среднем
отличаются большей чувствительностью, чем кристалли-
ческие. При этом необходимо подчеркнуть, что если
технология кристаллических датчиков уже отработана,
то технология напыленных датчиков Холла еще продол-
жает изучаться.
89
$-3. ШУНТИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ КОНТАКТОВ
В формуле (2-436), по которой определяется 'напря-
жение Холла, имеется только один размер пластины, а
именно ее толщина. Эта формула справедлива, однако,
только в случае бесконечно длинной пластины с точеч-
ными электродами Холла. На практике проявляется
зависимость напряжения Холла от длины и ширины
Рис. 5-4. Распределение
эквипотенциальных линий в
полупроводниковой пласти-
не.
а —удельные сопротивления
контактов и пластины одинако-
вы; б — удельное сопротивление
контакта значительно меньше,
чем пластины.
пластины. Это происходит
вследствие того, что часть на-
пряжения Холла замыкается
накоротко через электроды,
выполненные из материала
с гораздо меньшим удель-
ным сопротивлением, неже-
ли удельное сопротивление по-
лупроводника. Визуально это
можно представить так, как
показано на рис. 5-1. Он
представляет (рис. 5-1,а) рас-
пределение эквипотенциаль-
ных линий в магнитном поле
в случае, когда ток 1Х подводится ко всей ширине пла-
стины с помощью электродов с такими же электриче-
скими свойствами, что и полупроводник. Рисунок 5-1,6
соответствует случаю, когда удельное сопротивление
электродов намного меньше удельного сопротивления по-
лупроводника. Этот факт вызывает деформацию экви-
потенциальных линий. На величину этой деформации
влияет также ширина холловских электродов. В связи
с этим формула для выходного напряжения в датчике
Холла приобретает следующий вид:
Ц. = -^°»(т; -т • <5'1S>
» с п \ и а
где $ — ширина холловских электродов, Си—поправоч-
ная функция.
Определением поправочных функций занимались
многие авторы [Л. 131, 213, 298, 502]; это, однако, свя-
зано с рядом расчетных трудностей. Липман и Курт
определили поправочную функцию для пластины в фор-
ме прямоугольного параллелепипеда с точечными хол-
ловскими электродами [Л. 298]. Полученный результат
показан на рис. 5-2. Поправочную функцию, учитываю-
90
щую влияние ширины холловских контактов, для кон-
кретного материала (InAs) с коэффициентом Холла
Rh~ 100 cms)k в зависимости от величины поля вычис-
лили Курт и Хартель [Л. 280] (рис. 5-3). Однако труд-
ности расчета не позволили получить универсальных
данных, таких как для случая шунтирующего действия
Рис. 5-2. Зависимость поправочной функции GB от
отношения а/b и угла 0 [Л, 298].
токовых электродов (рис. 5-2). О влиянии ширины по-
тенциальных электродов на характеристики датчика
Холла будет еще речь в § 5-4.
В работе [Л. 124] приведена поправочная функция
для случая неоднородного магнитного поля, а Уик
ловских электродов в материале с #ц —100 см3/к [Л. 280].
91
[Л. 502] рассчитал поправочную функцию для полупро-
водниковых пластин разной формы (например, круглых,
шестиугольных и т. п.), которые могут найти примене-
ние в невзаимных элементах на основе датчиков Холла
Рис. 5-4. Зависимость поправочной
функции GM от отношения а/6 и
угла 0 [Л. 297].
(см. § 19-7). Разработан
также ряд математиче-
ских аналоговых методов,
позволяющих определить
поправочную функцию
при разных конфигураци-
ях пластины датчика
[Л. 57, 99, 187, 330].
Липман и Курт [Л. 297]
определили также зависи-
мость эффекта магнито-
сопротивления от формы
электродов. Они отмети-
ли, что относительный
рост сопротивления в маг-
нитном поле можно опи-
сать следующей функ-
цией:
(Vf-Y (5-16)
Ро X )
где рв/ро—прирост удель-
ного сопротивления в бесконечно длинном образце (фи-
зический эффект магнитосопротивления), 0 — угол
Холла.
Результаты расчета Липмана и Курта [Л. 297], представ-
ляющие зависимость GM = = f (fg 0), показаны на
ко?в
рис. 5-4.
5-4. НЕЛИНЕЙНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ХОЛЛА,
СВЯЗАННЫЕ С ГЕОМЕТРИЕЙ, ЭФФЕКТОМ
МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ И СОГЛАСОВАНИЕМ НАГРУЗКИ
Как показано в предыдущем параграфе, в датчике
Холла имеет место зависимость сопротивления и чувст-
вительности от геометрических размеров, а также от
индукции. Эти зависимости можно представить в сле-
92
дующем виде:
, В
Rx.vt ~ Ро м \ ь а
х —
1о— с н \Ь а г
(5-17)
(5-18)
где Вв, рв — сопротивление пластины и удельное сопро-
тивление полупроводника в магнитном поле В, %, p<j— со-
противление пластины и удельное сопротивление полу-
проводника в отсутствие магнитного поля, Gm, Gh — по-
правочные функции для эф- >.о
фекта магнитосопротивления в/а
и явления Холла соответ-
ственно.
Результатом существова-
ния зависимостей, описывае-
мых формулами (5-17) и
(5-18), является нелинейность
характеристик датчика Хол-
ла относительно магнитной
индукции. На рис. 5-5 пока-
заны характеристики датчи-
ков Холла, изготовленных на
основе арсенида индия, с
различными значениями а/Ь
(т. е. отношения длины к ши-
рине) [Л. 183, 184]. Лучшая
9
линейность статических ха-
рактеристик получается при
Величина этого от-
ношения существенно влияет
также на зависимость со-
противления пластины дат-
чика Холла от индукции В.
На рис. 5-6 приведены соот-
ветствующие характеристики
датчика Холла из антимони-
да индия [Л. 183, 184]. Как
можно заметить, и в этом
случае выгоднее использо-
вать пластины с большой
0,8
0,6
Ofi
0,2
2 А 6 8 кгс 1Г
Рис. 5-5. Экспериментальные
характеристики датчиков Хол-
ла < = ,JL ) f<n 183]
/ \ О J
Рис. 5-6. Экспериментальные
зависимости магнитосопротив-
ления от формы пластины в
датчиках Холла из InSb
[Л. 183].
величиной а]Ь, так как при
этом получается малая зави-
симость активного сопротив-
93
ления от индукции. Сопротивление коротких и широких
пластин из InSb в магнитном поле с индукцией В =
= 10 кгс возрастает в несколько раз. В типичных дат-
чиках Холла, изготовленных из InAs, с соотношением
а/6=2,5 в аналогичных условиях прирост активного со-
Рис. 5-7. Ход характеристик
UvH=f(B) в пластине из
InAs при различных отноше-
ниях s/a [Л. 268].
линейной характеристики
в режиме холостого хода
1ун) является применение
противления составляет око-
ло 50%. На нелинейность
датчиков Холла сверх того
оказывает влияние ширина
потенциальных электродов.
Зависимость хода статиче-
ской характеристики датчи-
ка Холла от ширины холлов-
ских электродов показана
на рис. 5-7 [Л. 268]. Харак-
теристики относятся к дат-
чику Холла, изготовленному
из арсенида индия.
В силу рассмотренных фа-
ктов условием получения
В'ун(В) при работе датчика
(т. е. без потребления тока
полупроводниковой пластины
с отношением длины к ширине
а/Ь — 2—3 и с точечными холлов-
скими электродами1. Если первое
условие почти всегда выполнимо
на практике, то второе, особенно
в миниатюрных датчиках Холла,
выполнить весьма трудно. Резуль-
татом этого является некоторая
нелинейность характеристики
Факт появления рассмотрен-
ных зависимостей в датчике Хол-
ла ведет также к нелинейности
Рис. 5-8. Схема работы
датчика Холла с потреб-
лением тока /„н.
динамических характеристик (при потреблении тока
/ун) относительно индукции. Схема работы с нагрузкой
изображена на рис. 5-8. Если в этой схеме течет ток IyU,
то э. д. с. Холла можно выразить формулой
"„«“AA+V Р-19)
1 При этом предполагается, что коэффициент Холла RH не за-
висит от магнитной индукции (прим. ред.).
94
где UyR — падение напряжения на активном сопротив-
лении нагрузки.
Ток 1ун определяется как
г (5-20)
Дщ R
Тогда уравнение (5-19) можно написать в виде
(М1)
Необходимо еще обратить внимание на изменение
активного сопротивления пластины вследствие явления
магнитосопротивления. Вместо сопротивления Ry необ-
ходимо подставить значение сопротивления " ”
во внимание это преобразование формулы
чаем выражение для падения напряжения
лении нагрузки:
Лув- приняв
(5-21), полу-
на сопротив-
(5-22)
Вводя коэффициент согласования сопротивления на-
грузки }. = R/Ry, получим окончательную формулу, опре-
деляющую напряжение датчика Холла при работе с по-
треблением тока 1уц:
Для определения чувствительности датчика Холла
уравнение (5-23) можно переписать в виде
т'=-------= (М4)
1+ A Ry
Теперь обобщим рассуждения, относящиеся к зави-
симости чувствительности датчика Холла от геометрии
образца, индукции и нагрузки, потребляющей ток 1ун
на примере характеристики y = f(B), схематически пока-
занной на рис. 5-9. Ранее уже было установлено, что
чувствительность не зависит от индукции, если alb>3,
з/а = 0ил=оо.
95
Это соответствует прямой 1 на рис. 5-9, которая явля-
ется характеристикой идеального датчика Холла. Влияние
ширины холловских электродов на ход характеристики у (В)
представляет кривая 2, так как из рис. 5-7 следует,
что начальный наклон характеристики в случае
sla^=0 меньше, чем в идеальном случае. Потребление то-
ка I н нагрузкой приводит к понижению кривой у (В) про-
порционально величине , где В — сопротивление
нагрузки (кривая 3). В свою очередь учет прироста актив-
Рис. 5-10. Характеристика
Uу п/Ix=f (В), получающаяся
при учете нелинейностей, воз-
никших вследствие геометриче-
ского эффекта, явления магни-
топротивления и в результате
согласования нагрузки [Л. 280].
Рис. 5-9. Влияние геометрических
факторов, эффекта магнитосопро-
тивления и нагрузки на зависи-
мость чувствительности датчика
Холла от магнитной индукции.
/ — идеальный датчик: 2 — влияние
ширины холловских электродов; 3 —
влияние сопротивления нагрузки; 4—
влияние эффекта магннтосопротивле-
иия; 5 — средняя характеристика.
ного сопротивления в магнитном поле RyBIRy вызывает
дальнейшее понижение характеристики у (В) пропорциональ-
но Вп (2-53), причем, как известно из гл.З, п колеблется
в пределах от 2 до 1 в зависимости от материала. Кривая
4 соответствует характеристике (В), показанной на
рис. 5-10.
На основании этой характеристики, а также приведен-
ных рассуждений определим „ошибку умножения" датчика
Холла. При проведении усредненной характеристики —-(В),
которая показана на рис. 5-10 в виде прямой с наклоном
96

^Rcp’ НУЖЙО ввеСти в рассмотрение функцию отклонения е
от усредненной прямой, которая в двух точках принимает
максимальное значение емакс. Поэтому характеристика (В)
будет о писываться^сле дующей зависимостью:
= (5-25)
, Отсюда чувствительность, определенная из зависи-
мости (5-25), будет выражаться в виде
YrM = Trcp±Tv (5-26)
где
(5-27)
Ошибка умножения является функцией А,, В, 1Х и
определяется следующей.формулой:
ляющего тока будет зави-
сеть от %
= ----(5-29)
'Rep “макс
Как следует из эксперимен-
тов, максимальная ошибка
умножения достигает наи-
меньшего значения при опре-
деленной величине Хлип- На
рис. 5-11 показана зависи-
мость максимальной ошибки
умножения В] от X для дат-
чика Холла из арсенида ин-
дия. Датчик имел следую-
Зато .максимальная ошибка умножения для всего
диапазона значений управ-
/а
5
4
3
г
1
° 2 4 6 4 8 Ю 12 14 16
^лин
Рис. 5-11. Зависимость макси-
мальной ошибки перемножения
от сопротивления нагрузки
[Л. 280].
щие параметры: /?н= 100 см3/к, a/b = 2, sfa = 0,l5 [Л. 280].
Непосредственное влияние изменения % на ход харак-
теристик UyR(B) этого датчика Холла показано на
рис. 5-12 [Л. 268]. При Х>7 наблюдается загиб характе-
7—1401 97
ристики вследствие преобладающего влияния эффекта
магнитосопротивления, при Х<7 перевешивает влияние
конечной ширины электродов; зато при ЛЛ1ш = 7 в ре-
Рис. 5-12, Характеристики
в пластине из InAs
при различных нагрузках
[Л. 268].
зультате компенсации обоих
явлений получается линей-
ная характеристика. Этот
вид компенсации позволяет
уменьшить нелинейность в
датчиках Холла из InAs до
1%, а из InAsP до 0,2% при
сохранении чувствительно-
сти на уровне ~80%' от
максимальной.
Рассмотрим еще вопро-
сы, связанные с применением
реального датчика Холла в
условиях работы с макси-
мальной отдаваемой мощ-
ностью, и максимальным
к. п. д. Мощность, выделяющаяся в нагрузке датчика
Холла, описывается формулой
и2
(5-30)
Пользуясь формулой (5-24) и вводя обозначение
ryB—Ryo/Ryo, после соответствующего преобразования
получим выражение для мощности, отдаваемой датчи-
ком Холла в нагрузку, соответствующую линейной ста-
тической характеристике Х = ХЛИн [Л. 280]:
Р ________ ^лин____________(То АД)2
А'^лин— (ХЛ11Н + Г vBy Rvt
(5-31)
Максимальная мощность будет получена, когда R=R^B:
р — (ъ>АД)\ (5-32)
гамаке ~ 4Д п ‘ '°
Поэтому при сопротивлении нагрузки, равном Рлин,
появляется потеря мощности относительно максималь-
ного ее значения Рулмакс [Л. 280]
р^тт __ 4______ „„
Ру Кмакс + гув}2' ( ' '
98
Аналогично можно рассмотреть выражение для
к. п. д. датчика Холла, который определяется зависи-
мостью [Л. 280]
где
(5-34)
(5-35)
Выражение (5-34) стремится к нулю при А,—>-0 и
при X—>оо, в связи с чем должен иметь место макси-'
мум к. п. д. при определенном значении Х = ХМакс- Из
^макс — Г у ]/" 1 —И J
_ Ki + х — 1
лаке — г ---------*
/1 +х+1
(5-36)
(5-37)
Рис. 5-13. Зависимость к. п. д.
датчика Холла из InAs от со-
противления нагрузки и от
индукции [Л. 280].

В случае малых значений
индукции В к. п. д. опи-
сывается, как отмечалось в § 5-2, с помощью формулы
(5-8). Однако в случае сильных магнитных полей зави-
симость (5-8) не справедлива. Оказывается, что вели-
чина и не превышает единицы. В результате этого зна-
чение т] не может превышать некоторого конечного ма-
ксимального значения. Это вытекает из зависимостей,
приведенных в гл. 10 (Л. 280]:
Uy 1 ___ Rx 1 . Ux
Ux I 1у~*° ЧоВ ’
__ Ry
(5-38)
99
В связи с этим при х=1 получается максимально
возможное значение т|, которое может быть достигнуто
Рис. 5-14. Конструкция датчи-
ка Холла с высоким к. п. д.
[Л. 6].
в четырехэлектродном дат-
чике Холла г|макс = 0,172
[Л. 502].
Арльт [Л. 6] показал, что
существует возможность
увеличения к. п. д. в датчи-
ках Холла при помощи уве-
личения числа входных и
выходных цепей. Это можно
осуществить с помощью кон-
струкции, показанной на
рис. 5-14, где изображена
пластина датчика Холла,
имеющая (1, 2, ..п) пар
токовых электродов, причем
каждая пара имеет отдель-
ный источник питания, а так-
же tn (а, b ...) пар независимых друг от друга электро-
дов напряжения. Теоретический к. п. д., который можно
получить в -вышеописанной конструкции, дает формула
(5-39) [Л. 6]
V П/П + 1 — 1
1 + г ’
"Пмакс
(5-39)
где п — число пар токовых электродов, т — число пар
электродов напряжения.
Для п = т Арльт привел зависимость коэффициента
полезного действия ц=Дя), 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 Цмакс = Д75.
Практическое использова-
ние многоэлектродных
датчиков Холла в элек-
трической цепи можно
осуществить при помощи
трансформаторов, соеди-
ненных, как показано на
рис. 5-16. Такое соедине-
ние позволяет осуще-
Рис. 5-15. Зависимость к. п. д.
миогоэлектродного датчика Холла
от числа пар электродов [Л. 6].
100
ствить питание датчиков Холла от одного источника
и отдачу напряжения Холла на одну и ту же нагруз-
ку. Существенными недостатками такой конструкции
Рис. 5-16. Развязка 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 полупро-
водниковых материалов, применяемых для изготовления
кристаллических датчиков Холла. На рис. 5-17 и 5-18
представлены температурные зависимости коэффициен-
тов аир для германия, кремния, антимонида и арсени-
да индия, а также арсенида — фосфида индия [Л. 247].
Коэффициенты аир определяются следующими выра-
жениями:
1 dp
а =-----;
р dT
।__ 1 • dRH
~ dT •
(5-40)
(5-41)
Из этих рисунков и зависимостей следует, что полу-
чение большой чувствительности датчика Холла несов-
местимо с требованием сохранения хороших темпера-
турных свойств. Поэтому критерий выбора материала
будет компромиссом между требованиями, предъявлен-
ными к температурным зависимостям выходного напря-
жения или тока и к чувствительности датчика. На осно-
101
102
ве характеристик, представленных на рис. 5-17 и 5-18,
можно найти максимальную температуру работы датчи-
ка 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 |ЗСО,5о/о 1град от удельного сопротивле-
ния [Л. 235]. На следующем рисунке представлена по-
лученная с использованием формул (5-10) и (5-11) за-
висимость от р максимального управляющего тока для
пластины с размерами 1,2X0,6x0,02 см3 при том же
условии р^0,5%/г/шд (рис. 5-20).
Далее для тех же самых условий определены напря-
жение Холла и мощность, отдаваемая в нагрузку. Ре-
зультаты расчетов представлены на рис. 5-21. Из него
следует, что для упомянутых температурных и геомет-
рических условий наибольшая мощность, которая может
быть получена с холловских электродов, реализуется
при использовании германия с удельным сопротивлени-
Рис. 5-17, Температурные зависимости коэффициента
— Т>^ 2471-
о —для Ge; б —для Si; в —для InSb; г —для InAs;
a — Для InAs0 6Р0 4; е — для InAs0 8Р0 2.
103
Рис.р(5-18. Температурные зависимости коэффициента
1 н
2471’
а —для Ge; б —для SI; в —для InSb; г— для InAs; д — яяя 1пАз0вР04; « —
для InAs0 8Р0 2.
ем около 0,55 ом-см, а получение наибольшего напря-
жения обеспечивает германий с удельным сопротивле-
нием р~ 1,5 ом • см [Л. 235 и 484].
Аналогичные расчеты можно произвести и для дру-
гих материалов. В качестве примера приведем зависи-
мости /хмакс, UyMaKc = f(n) для датчиков Холла из арсе-
Рис. 5-19. Зависимость допусти-
мого перегрева в германии от
удельного сопротивления для
В <0,5 % /град [Л. 235].
Рис. 5-20. Зависимость макси-
мального управляющего тока
в германиевом датчике Холла
от удельного сопротивления
для Peg 0,5 %/град [Л. 235].
нида индия, показанные на рис. 5-22 и 5-23. Эти кри-
вые построены по данным, содержащимся в работе
Карамышевой [Л. 606]. Из рис. 5-23 следует, что наибо-
лее приемлемым материалом является InAs с концент-
рацией п=,(3-т-5) • 1016 см~3 и Rn= Ю0-7-'12О см3/к.
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 R/fy —— является показате-
лем максимального напряжения, какое можно получить
с датчика Холла, изготовленного из материала с опреде-
ленными параметрами (5-11). Кривые на рис. 5-24 рас-
считаны в предположении, что p<J0,3%)град. Зависи-
мости для InSb не приводятся, так как условию
0,3 %/град отвечает только материал с п^1018 см~3.
1акой материал характеризуется небольшими значения-
ми Rh порядка 3,0—4,0 см3/к.

Германий, арсенид и арсенид—фосфид индия дают чет-
» - / Д7’
кии максимум значения -у-’ отвечающий оптималь-
ному материалу с точки зрения получения максимального
выходного напряжения при допустимых температурных
зависимостях. В кремнии же максимальное значение
RH -у- Достигается в материале с ti< 1014 cm~s. В
связи с этим вопрос о применении кремния той или иной
концентрации (в интервале максимальных значений
будут решать другие факторы, как, например, легкость
0,1 0,5 7 2ом-см5
Рис. 5-21. Зависимость максималь-
ных выходных напряжения (кри-
вая 7) и мощности (кривая 2) от
удельного сопротивления мате-
риала датчика Холла [Л. 235].
Рис. 5-22. Зависимость допу-
'стимого управляющего тока
в датчиках Холла из InAs от
концентрации носителей тока
[Л. 606].
получения малого остаточного напряжения в кремнии
с наинизшим из допустимых удельным сопротивлением
и т. п.
5-6. ПАРАЗИТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ДАТЧИКАХ ХОЛЛА
Известен факт появления некоторого напряжения на
холловских электродах датчика Холла под действием од-
ного только управляющего тока 1Х без участия магнит-
ного поля. Это напряжение называют остаточным напря-
жением (напряжением неэквипотепциальностп, напря-
жением асимметрии).
106
Остаточное напряжение в датчике Холла появляется
в результате возникновения в полупроводнике' явлений,
описанных в § 2-1—2-3. Это резистивное остаточное на-
пряжение, термоэлектрическое напряжение и напряже
ние Тауца, возникающее при
наличии поперечного гради-
ента удельного сопротив-
ления пластины в присутст-
вии инжектированных носи-
телей тока [Л. 246 и 248].
Остаточное напряжение мож-
но условно разделить на
первичное остаточное напря-
жение и вторичное. Отдель-
Рис. 5-23. Зависимость макси-
мального выходного напряже-
ния в датчиках Холла из InAs
от концентрации носителей то-
ка [Л. 606].
ные составляющие остаточ-
ного напряжения определя-
ются из трех, уравнений
(2-13), (2-19) и (2-30). Как
можно заметить, в упомяну-
тых уравнениях только две
составляющие "ы1х и kwiIх имеют линейную зависимость
от управляющего тока, причем из эксперимента следует,
что обычно В связи с этим первичным остаточ-
ным напряжением будем обычно называть напряжение,
практически линейно зависящее от тока 1Х и определя-
емое следующей формулой:
[ Ji __ (
U v — { dfx
r’Jx-
(5-42)
Из этой зависимости следует, что коэффициент г'о
характеризует наклон характеристики U'y(Ix) при В = 0
в области очень малых значений тока /х. Все остальные
нелинейные относительно 1Х составляющие относятся
к вторичному остаточному напряжению U"y [Л. 248].
В связи с этим выходное напряжение в датчике Хол-
ла, когда на него не действует магнитное поле, будет
описываться зависимостью
U*y = U'y + U"y. (5-43)
В датчиках Холла, выполненных из интерметалли-
ческих материалов, долей напряжения Тауца можно пре-
небречь ввиду очень малых значений объемного времени
жизни инжектированных носителей, которое в 102—104
раз меньше значения т в германии или кремнии. В слу-
107
чае германиевых и кремниевых датчиков Холла, котО-
рые были подвергнуты обработке, увеличивающей ско-
рость поверхностной рекомбинации, а затем были зали-
ты, например, эпоксидной смолой, в большинстве
случаев напряжением Тауца также можно пренебречь.
В принципе оно может достигать значительной величи-
концентрации носите-
Рис. 5 24. Зависимость фактора
лей тока в материалах, применяемых
для изготовления датчика Холла.
ны только в случае не-
правильно изготовлен-
ных токовых контак-
тов, инжектирующих
неосновные носители.
Следовательно, на
практике необходимо
обратить внимание пре-
жде всего на резистив-
ное остаточное напря-
жение, возникающее в
результате неэквипо-
тенциального располо-
жения холловских
электродов, а также на
термоэлектрическое на-
пряжение.
Кроме этого упро-
щения, мы ограничим-
ся анализом только
первых слагаемых уравнений (2-13) и (2-19), опи-
сывающих эти напряжения, и примем UvT.~k'TiI2x =
= U"V, a U'v = r'olx. Это упрощение справедливо для
датчиков Холла, выполненных из интерметаллических
материалов; зато в германиевых датчиках Холла в ин-
тервале больших значений управляющего тока (от
0,7 /.хмакс Д° ^хмакс) это упрощение обычно не может
быть использовано. На рис. 5-25 показан ход вторично-
го остаточного напряжения в датчиках Холла из разных
материалов, снятый при постоянном управляющем токе
[Л. 243]. Будем анализировать выражение
U*y^r'0Ix + k'Ti 12х.
(5-44)
С технологической точки зрения на величину коэф-
фициента г'о можно влиять при помощи так называемо-
го механического уравновешивания датчика Холла,
о котором будет речь в § 6-1. Кроме того, в готовом дат-
чике Холла можно радикально уменьшить значение на-
108
пряжения U'v, пользуясь компенсацией с помощью со-
ответствующей электрической схемы, о чем будет гово-
риться в гл. 7.
Значение коэффициента k'Tl зависит от р, grad р и
условий охлаждения [Л. 248]. Если для какого-то мате-
риала нет возможности изменения величины ср,
Рис. 5-25. Зависимость термиче-
ского остаточного напряжения от
управляющего тока в датчиках
Холла из Ge, InAs и HgTe.
Для Ge /т мя„„ = 50 ма, ft'Tfl=0,4 в,'а2;
для InAs Т“акс = 100 ма,
-0,01 e/а2; для HgTe 1Х манс = 40 ма’
6'т0=0,1 в/а!.
а контроль градиентов удельного сопротивления слиш-
ком сложен, остается только правильное исполнение
конструкции
-А
датчика Холла. Она должна обеспечить
равномерный и возможно более ин-
тенсивный отвод тепла от пластины.
Это позволяет датчику Холла рабо-
тать стабильно. Заслуживающее вни-
<5 с,
UyH
Рис. 5-26. Кон-
струкция датчика
Холла с малой ве-
личиной термиче-
ского остаточного
напряжения
[Л. 323].
мания предложение по уменьшению
значения термоэлектрического оста-
точного напряжения дали Мержин-
ский [Л. 323] и Вайс [Л. 494]. Они пред-
ложили конструкцию датчика Холла,
показанную на рис. 5-26. Длинные, со-
ответствующей формы потенциальные
электроды обеспечивают минималь-
ную разность температур, что позволя-
ет значительно уменьшить величину
термоэлектрического остаточного на-
пряжения. О влиянии остаточного на-
пряжения на выходное напряжение
датчика Холла пойдет речь в гл. 7.
Напряжения, возникающие в ре-
зультате термомагнитных явлений, не-
велики по сравнению с рассмотренны-
ми ранее. Поэтому они не будут рас-
сматриваться с точки зрения возмож-
на
ности их исключения с помощью соответствующего про-
ектирования и выбора конструкции датчика Холла. В то
же время их влияние на характеристики датчика Холла
будет описано в гл. 7.
5-7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
Магниторезистор является более простым -элементом,
чем датчик Холла, так как он представляет собой ре-
зистор с активным сопротивлением, регулируемым маг-
нитным полем. Сигнал, полученный с магниторезистора,
будет тем большим, чем больше будет изменение актив-
ного сопротивления, приходящееся на единицу изменения
магнитного поля. С точки зрения легкости измерения
изменений активного сопротивления нужно, чтобы на-
чальное сопротивление магниторезистора не было слиш-
ком мало.
Из гл. 2 известно ,что явление магнитосопротивления
проявляется тем сильнее, чем больше подвижность но-
сителей тока в полупроводниковом материале (2-49).
Рис. 5-27. Формы образцов, эквивалентные диску Корбнно с точки
зрения величины эффекта магнитосопротивления.
Для создания магниторезисторов обычно применяют ан-
тимонид и арсенид индия, причем второй из материалов
в аналогичных условиях имеет прирост сопротивления
примерно в 10 раз меньший. Из этого видно, что выбор
полупроводниковых материалов, пригодных для созда-
ния магниторезисторов, значительно меньше, чем в слу-
чае датчиков Холла.
Как показано в § 5-3, явление магнитосопротивления
сильнее всего проявляется в конфигурации так называ-
емого диска Корбино (рис. 5-27,а). Интересные резуль-
таты привел Грин (Л. 156], который показал, что такое
же значение эффекта магнитосопротивления появляет-
ся в других конфигурациях пластины и электродов, по-
110
казанных на рис. 5-27, б—д, е, к. На этих рисунках тол-
стые линии обозначают металлические электроды, а
тонкие — ребро полупроводниковой пластины. В конфи-
гурациях, показанных на рис. 5-27,ж — и, величина эф-
фекта магнитосопротивления немного отличается от зна-
чения в диске Корбино.
Все вышеупомянутые конфигурации имеют принци-
пиальные недостатки, а именно это схемы с очень ма-
лым сопротивлением пластины. Этот металл
недостаток является тем более су- /\
щественным, что ранее названные
материалы, пригодные для изготов- I
ления магниторезисторов (InSb и
InAs), характеризуются небольши-
ми удельными сопротивлениями по-
рядка 2—10-3 ом • см, что дает
начальное сопротивление магнито-
резистора в виде диска Корбино
порядка 0,05—0,5 ом. Только диск
Корбино толщиной около 10 мк да-
ет сопротивление магниторезистора
порядка нескольких ом [Л. 495].
Поиски возможности увеличения
начального сопротивления магнито-
резистора привели к конструкции, являющейся последо-
вательным соединением многих прямоугольных магнито-
резисторов с малым отношением aib (рис. 5-28) (Л. 493
и 498]. Несмотря на небольшие значения сопротивления
каждого отдельного отрезка (порядка 0,1—3 ом в зави-
металл
б)
Рис. 5-28. Конструк-
ции составных магни-
торезисторов.
Рис. 5-29. Зависимость эффек-
та магнитосопротивления в
InSb от удельной проводимо-
сти [Л. 493].
симости от его толщи-
ны), последовательное
соединение нескольких
участков позволяет до-
стигнуть сопротивле-
ния магниторезистора
от нескольких ом до
нескольких десятков
ом. Магниторезисторы
этого типа описал Вайс
(Л. 493]; они имеют ак-
тивное сопротивление
ом (о них бу-
дет речь в гл. 8).
Выбор нолупровод-
111
никовых материалов с точки зрения максималь-
ного увеличения удельного сопротивления проана-
лизировал Вайс [Л. 493]. На рис. 5-29 представ-
лена зависимость эффекта магнитосопротивления от
удельной проводимости в InSb. Оказывается, что на-
ибольшее значение Rb/Ro достигается при использова-
нии материала с удельной проводимостью сг=
= 250 (ом• ел)-1 и составляет оно 38 в поле с индукцией
10 кгс при конфигурации диска Корбино. Такой анти-
монид индия имеет концентрацию электронов порядка
2-Ю16 см~3. Аналогичные результаты исследований для
InAs до сего времени не опубликованы.
Проектирование с точки зрения температурных
свойств в принципе ограничивается принятием решения
о применении антимонида или арсенида индия. В InSb
температурный коэффициент а составляет \°/0/град,
а >в InAs он составляет около 0,1—Q^lofzpad. В связи
с этим, если требуется маленькая температурная зави-
симость активного сопротивления, применяют InAs, те-
ряя примерно 10-кратно в значении Lr/Ro-
Глава шестая
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ
ХОЛЛА И МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
6-1. ТЕХНОЛОГИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Исходным материалом для изготовления датчиков
Холла и магниторезисторов может быть полупроводни-
ковый материал поли- или монокристаллический. В за-
висимости от способа получения материал может быть
в виде слитка, принявшего форму тигля, как это показа-
но на рис. 6-1, если он получен в виде поликристалла,
либо в виде монокристалла, выращенного методом на-
правленной кристаллизации, если же это монокристалл,
выращенный по методу Чохральского, то слиток имеет
вид неправильного цилиндра, как на рис. 6-2. Слиток
может быть также в виде длинного (20—30 см) цилин-
дра, если он получен методом вертикального бестпгель-
ного плавления,
112
Типовой технологический процесс пластины датчика
Холла и магниторезистора состоит из следующих опера-
ций:
1) вырезка пластины,
2) обработка поверхности,
3) пайка либо сварка электродов (в случае датчи-
ков Холла еще симметризация электродов),
4) герметизация.
Опишем последовательно отдельные этапы техноло-
гического процесса.
1. Пластины вырезаются на типовых станках для рез-
ки полупроводниковых материалов. Обычно это станки
Рис. 6-2. Монокристалл германия,
полученный методом Чохраль-
ского.
Рис. 6-1. Внешний вид гер-
маниевого поликриеталли-
ческого слитка, полученного
зонной плавкой.
с вращающимся абразивным кругом, которым режут
при помощи карборундового или алмазного порошка.
Чтобы уменьшить потери полупроводникового мате-
риала; применяют абразивные круги толщиной 0,2—
0,3 мм. Несмотря на это, при толщине вырезаемых
пластин в 200—300 мкм потери материала при резке
остаются очень большими. В равной степени сказанное
относится также к резке при помощи полотен или про-
волоки с использованием карборундового или алмазного
порошка. Из вырезанных брусков дальнейшей резкой
получают прямоугольные пластины с соотношением длин
сторон (1:2) — (1:3) (исходя из соображений, приве-
денных в § 5-3 и 5-4), поступающие на дальнейшие
операции.
В последнее время с большим успехом применяются
(в особенности для^второй резки) магнитострикционные
ультразвуковые установки. Особым преимуществом это-
НО} ' 113
в), однако конечная
Рис. 6-3. Магнитострикционный
штамп для вырезки датчиков
Холла.
го вида установок является возможность вырезания
пластин почти любых форм. Пример магнитострикцион-
ного вырезного штампа показан на рис. 6-3.
2. Обработка поверхности пластин состоит из двух
этапов. Первый — это механическая шлифовка и поли-
ровка, имеющие целью устранение дефектов, возникших
при резке пластин, и одновременно доводку толщины
пластин до заданной величины. Толщина вырезанных
пластин обычно бывает не меньше чем 200—300 мкм
(это обусловлено хрупкостью полупроводниковых мате-
толщина пластин находится
в пределах от 60 до 200 мкм,
а в некоторых случаях и
тоньше. Примером является
технология изготовления
кристаллического датчика
Холла ВН201, фирмы Белл,
который в корпусе дости-
гает толщины 130 мкм
[Л. 389].
Шлифовка проводится
типичным для полупровод-
ников способом при помощи порошков—карборундовых
(SiC), алундовых (AI2O3) либо алмазных с соответству-
ющим диаметром зерен (от 30 до 0,1 мкм) на плитах
стеклянных, металлических, а в конце — на плитах, по-
крытых специальными тканями. Если нужно шлифовать
пластины до толщин, меньших чем 150 мкм, следует
предварительно приклеить пластины к керамическому
элементу корпуса, чтобы предохранить их от растрески-
вания, и дошлифовывать в сборке с керамикой. Затем
к пластинам на керамических подложках присоединяют-
ся остальные элементы датчика.
Вторым этапом обработки поверхности, не всегда,
впрочем, применяемым, является химическое травление,
имеющее своей целью окончательную очистку поверхно-
сти пластин. Для травления германия и кремния при-
меняются типичная в технологии изготовления транзисто-
ров травящая смесь СР4 (смесь HF : HNO3: СН3СООН :
:Вг), а также кипящая Н2О2 и др. Однако с точки зре-
ния данных работы [Л. 248] следует стремиться к тому,
чтобы травление германия или кремния не давало по-
верхности с малой скоростью поверхностной рекомбина-
ции, поскольку в этом случае в образцы вводятся
114
неосновные носители тока, характеризующиеся большим
эффективным временем жизни, что приводит к возра-
станию напряжения Тауца (см. § 2-3 и 5-6). Для интер-
металлических соединений травление является менее
существенным процессом и не всегда применяется.
3. Следующей операцией является изготовление кон-
тактов к пластине. Контакты металл — полупроводнико-
вый материал должны обладать следующими свойствами:
а) контакты должны обладать малым сопротивлени-
ем по сравнению с сопротивлением пластины датчика,
б) контакты должны быть линейными по току,
в) холловские контакты при отсутствии магнитного
поля должны находиться на эквипотенциальной поверх-
ности.
Первое условие может быть выполнено благодаря со-
ответствующему подбору материала контакта, а также
технологии изготовления. Для полупроводниковых мате-
риалов с большим удельным сопротивлением можно
легко выполнить это условие благодаря большой разни-
це в удельных сопротивлениях полупроводника и ме-
талла контакта. Зато в случае антимонида и арсенида
"индия это гораздо труднее, так как здесь разница
в удельных сопротивлениях материалов контакта и пла-
стины в 1 000—10 000 раз меньше, чем в случае германия
и кремния. Это приводит к значительно большему влия-
нию сопротивления контактов на общее сопротивление
датчика Холла, изготовленного из интерметаллических
соединений, по сравнению с датчиками Холла, изготов-
ленными из германия и кремния. В результате имеют
место относительно большие потерн входной и выходной
мощности.
Второе требование к электродам—отсутствие вы-
прямления и инжекции носителей тока — труднее всего
реализовать в германии и кремнии. На этих материалах
сравнительно легко получить нелинейные контакты;
в то же время в антимониде индия, например, любой
контакт будет выпрямляющим лишь при температуре
жидкого азота (78° К), тогда как при комнатной темпе-
ратуре тот же самый контакт является уже линейным.
Простым и выгодным способом изготовления кон-
тактов к датчикам Холла является непосредственное при-
варивание проводов к пластине при помощи пропуска-
ния импульса тока от соответствующего источника.
Преимуществом этого метода является возможность по-
8* - 115
лучения симметричных холловских контактов (симмет-
ризация) после приваривания двух проводов токовых и
одного холловского. Операция проводится на схеме,
приведенной на рис. 6-4 [Л. 255]. После приваривания
трех контактов пропускается управляющий ток, который
создает разность потенциалов между холловскими элек-
тродами, если они не находятся на одной эквипотенци-
альной поверхности. Перемещая неприваренный элект-
род, можно при помощи гальванометра, включенного
в холловскую цепь пластины, выбрать такое положение
Рис. 6-4. Схема установки для симметричного
присоединения холловских электродов,
/—зажим; 2 —сварочная машина.
электрода, в котором остаточное напряжение (неэквипо-
тенциальность) будет равняться нулю. В этом положе-
нии второй холловский электрод и приваривается. В мо-
мент сваривания электрод частично сдвигается, вызы-
вая тем самым появление неэквипотенциальности, одна-
ко значения ее небольшие. Этот метод нашел примене-
ние при изготовлении датчиков Холла из InSb {Л. 255],
когда применяются серебряные провода.
Второй метод, чаще всего применяемый и имеющий
целый ряд различных вариантов, представляет собой
вплавление постоянных контактов в пластину в форме
капель или слоев, к которым впоследствии припаивают-
ся гибкие провода. Для вплавления применяются соот-
ветствующие тигли-шаблоны из таких металлов, как
тантал, либо из графита. На рис.6-5 показан графито-
вый тигель, применяющийся для вплавления электро-
дов. Материал электродов в виде фольги накладывает-
ся на пластинку или напыляется на нее через соответст-
вующий шаблон, а затем вплавляется. В табл. 6-1 приве-
ден ряд типовых технологических процессов, дающих
116
Типовые процессы вплавления контактов (электродов) к датчикам Холла
го
=f
S
ч
го
та , 235] 102] 306]'. 577]' 38]' 323] [209 (ого [88 ©
5. 1 5. 5. 5, 5. 5. 5. 5. 5.
Е
та

1 О Е б °- 1 б □
S е 3 С с
X N 5 N N
С р + . + +
та та ' та та та та
се X X о х и X X
Я ч ч ж 5 Ч =( s
8 8 >. со и съ 8 О о та та о та
та та та та
со хх и ж X X Е
к та
€ я —
S X +
та Ч О
с
та S
к
S
та
а X
0 Й с а
я та а 5 мин паяльн [ЬНИК) ие Ge ние ииии ои . гаяльн
фц ° ° к
К та 0 о о £
а та с О О 5 §§• -«г со -ч* и 1 1 1 1 о SS о S 1 1 . § и •
Я о о - я ч ©
н ю ю О ® м СМ СО X io © ио г- ю СО ’Г см со — О О ю £« © см
S а
X О ’’
та X m CJ
Я
а
О
Ю' X а ]
та та
а X
е а к та * X о * о О *z. IHNOg •чение ш 1
£ м + й б 1
к О Ct СЦ £: ® Х-ч Е а.
а Ш X см О та 0
та та та I та S? та 2?
5 S X s X X Е « <3 X s s х О £ £ g X
та та та Si та Si
с Ч сз та X -6-S 5 Й ’&<= та к и • • t-« ж X m № S’ ®
£. is- а S Ч ь а” ь S а ± а ь 5 н

1ё ЙЁ С СО S 8 z S л ъо - а %' ° Au Pb In In е
s £ с
8.0 * 5 5^8 та О со InSb InAs CL « <! с
с8« .
117
е защитного газа,
Рис. 6-5. Графитовый ти-
гель, применяемый для
вплавления контактов в
вакууме.
возможность изготовить линейные контакты. Необходимо,
однако, подчеркнуть, что технология изготовления кон-
тактов требует абсолютной чистоты, поэтому прибегают
к так называемым «чистым» методам изготовления
электродов, а именно, вплавление в вакууме либо в ат-
что должно давать лучшие ре-
зультаты в основном с точки
зрения стабильности и незна-
чительных изменений свойств
контактов со временем.
Опишем еще один метод,
разработанный Крушевским
[Л. 264] и позволяющий одно-
временно изготавливать не-
сколько датчиков Холла.
Метод этот был применен
для изготовления датчиков
Холла из германия. На рис. 6-6
показаны последовательные
операции процесса изготовле-
ния. Из кристалла (слитка)
германия вырезается брусок
с сечением, отвечающим по-
верхности датчика Холла (рис.
6-6,а). После шлифовки при
помощи специального приспо-
собления в местах, предназначенных для расположения
холловских электродов, нарезаются шлицы (рис. 6-6,6).
Далее в шлицы вдавливается, а наплоские грани токовых
электродов накладывается оловянная фольга. Сборка
помещается в патрон, изготовленный из листового тан-
тала (рис. 6-6, в), и электроды вплавляются в вакуум-
ной печи при температуре 550° С. Далее брусочек разре-
зается на пластины, которые при помощи шлифовки до-
водятся до нужной толщины, обеспечивающей заданные
характеристики (чувствительность и сопротивление пла-
стины). Этот способ дает возможность одновременно
залудить несколько десятков пластин датчиков Холла.
Припайка проводов производится обычно на воздухе
при помощи паяльника и таких припоев, как Sn, In либо
Zn — Sn. Припаивая провода, следует помнить о том,
какое большое значение имеет их взаимное расположе-
ние, и не допускать появления петли с большой пло-
щадью. Об этом будет идти речь в гл. 7.
118
Датчики Холла, изготовленные вышеописанным спо-
собом, характеризуются обычно значительными величи-
нами коэффициента г'О1 (остаточное напряжение). Его
можно уменьшить механическим способом, заключаю
Рис. 6-6. Последовательные стадии процесса изготовления
датчиков Холла по Крушев-скому [Л. 264],
а — полупроводниковый брусок после шлифовки до нужных разме-
ров; б —нарезка шлицев для холловских контактов; в — германие-
вый брусок в танталовом держателе, подготовленный к вплавле-
нию контактов.
Рис. 6-7. Пластины,
надрезанные с целью
устранения резистив-
ного остаточного на-
пряжения по методу,
описанному в [Л. 512].
щимся обычно в осторожном подпиливании одного из
выступов пластины с целью такой деформации линий
тока, чтобы подогнать электроды на эквипотенциальную,
линию. Интересные варианты этого метода (уменьше-
ния неэквипотенциальности) разработали Вуд, Тишлер
и Шредер [Л. 512]. Они использовали пластины, формы
которых приводятся на рис. 6-7,а, б; вырезаны они при
помощи ультразвука. После припаивания проводов и
замера остаточного напряжения пластины надрезаются
(вдоль пунктирных линий, см.
рис. 6-7) до получения минимально-
го остаточного напряжения. Следу-
ет подчеркнуть, что наиболее прием-
лемой является доводка неэквипо-
тенциальности по способу, показан-
ному на рис. 6-7,а, при котором не
деформируются линии тока в пла-
стине.
Если преобладающую роль
в датчиках Холла играет резистивное
остаточное напряжение (что может
иметь место в датчиках Холла,изго-
товленных из InSb, InAs и InAsP),
доводку неэквипотенциальности мож-
119
но выполнять при произвольном управляющем токе. Одна-
ко если основной вклад вносит термическое остаточное
напряжение, которое нелинейно зависит от тока 1Х, то
в зависимости от области применения датчика Холла
доводка неэквипотенциальности может производиться
двумя способами:
1) при малом управляющем токе (например,
Лсо/Лсмакс = О, 1), что обеспечивает малое остаточное на-
пряжение в начале интервала значений управляющих
токов (рис. 6-8, кривая 2);
2) при отношении токов /хо//хмакс = 0,6-^0,7, что позво-
ляет достигать минимального значения (U'v+U"v)lUvJI
во всей области изменения тока 1Х (рис. 6-8, кривая 3)
[Л. 243].
4. Последней операцией после монтажа и доводки
неэквипотенциальности датчика Холла является его гер-
метизация. Заключается она чаще всего в том, что полу-
проводниковая пластина заливается синтетической смо-
лой, обычно типа эпоксидной смолы. Смолы этого вида
можно легко окрашивать, что имеет большое значение
при использовании датчиков в условиях освещения, вы-
зывающего фотоэлектрические эффекты, которые нару-
шают работу датчиков Холла. Кроме того, слой смолы
хорошо защищает пластину от механических поврежде-
ний. На рис. 6-9 показан датчик Холла после заливки
эпоксидной смолой. Фирма «Сименс» в большинстве слу-
чаев к своим датчикам Холла изготовляет корпус из ке-
рамики, в которой свободные места заполнены силико
Новой массой с порошкообразной окисью алюМинйя йЛй
карбидом кремния для обеспечения равномерного теп-
лоотвода (Л. 284].
Технология изготовления магниторезисторов принци-
пиально не отличается от технологии изготовления дат-
чиков Холла. Основное отличие заключается прежде все-
го в форме пластинок, приме-
няющихся для изготовления
магниторезисторов. Как вид-
но из § 5-3, наибольший при-
рост сопротивления в маг-
нитном поле наблюдается для
формы диска Корбино (рис.
5-4, кривая afb = Q). Однако
эта форма имеет существен-
ный недостаток, так как
сопротивление такого образ-
ца очень мало и может со-
Рис 6-9. Датчик Холла типа
СН1 в корпусе из эпоксидной
смолы.
ставлять сотые или десятые доли ома при толщине пла-
стины от 100 до 200 мкм. Поэтому Вайс [Л. 498] предло-
жил оригинальную конструкцию, состоящую из несколь-
ких последовательно соединенных образцов с малым
отношением а/b, которая характеризуется весьма не-
значительным уменьшением прироста сопротивления по
сравнению с диском Корбино. Исходя из этого была
предложена конструкция, описанная уже в § 5-7 (см.
рис. 5-28). Получить такую конструкцию можно только
методом электролитического травления, который позво-
ляет получить тонкие пластины, а значит, и большие зна-
чения сопротивлений /?0 в них. Для закорачивания напря-
жения Холла в углубление пластины вплавляется ме-
талл, например индий.
6-2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
Технологию изготовления пленочных датчиков Хол-
ла следует рассматривать с других точек зрения, чем
технологию изготовления кристаллических датчиков. Это
следует из того, что технология напыления датчика Хол-
ла принципиально влияет на его электрические свойства.
В отличие от кристаллических датчиков Холла свойства
напыленных датчиков не определяются однозначно свой-
ствами материала, а зависят также от способа проведе-
ния технологического процесса. Основным преимущест-
ва
вом рассматриваемой технологии является возможность
изготовления датчиков Холла с толщиной в 100 раз
меньшей, чем получающаяся при использовании ранее
описанных способов. Как известно из § 5-2, благодаря
этому можно получить увеличение чувствительности
датчиков Холла (при одинаковом значении 7?я).
В технологии изготовления пленочных датчиков Хол-
ла следует выделить две проблемы: напыление полу-
проводниковой пленки и напыление электродов.
Для напыления полупроводниковых пленок приме-
няются два основных метода: классический двухтемпе-
ратурный метод и метод трехтемпературный, раз-
Рис. 6-10. Схема
напыления двух-
температурным
методом.
Рис. 6-11. Схема напыления
методом «трех температур».
работанный для получения тонких полупроводнико-
вых слоев некоторых интерметаллических материа-
лов [Л. 113, 167, 168, 185, 212, 584, 590]. Основ-
ное различие между указанными методами схематически
показано на рис. 6-10 и 6-11. В первом случае соедине-
ние двух элементов А и В доводится до температуры
возгонки Ti. Частички соединения испаряются и осаж-
даются на подложку, находящуюся при температуре
Т2. Эта температура подбирается такой, чтобы облег-
чить кристаллизацию испаряемого вещества. Очевидно,
что этот метод можно применять в случае соединений,
которые не слишком диссоциируют при температуре
возгонки. В практике этот метод применяется для полу-
чения тонких своев HgTe и HgSe {Л. 113, 584, 590].
Схема типичной вакуумной установки, предназначен-
ной для напыления датчиков Холла вышеописанным ме-
тодом, показана на рис. 6-12. Нагреватель 4 нагревает
испаритель, из которого возгоняется полупроводниковый
материал. При распылении HgTe испаритель нагревает-
122
ся до 300—310° С, a HgSe — до 340—360° С. Частички
испаряющегося материала попадают на подложку 1
(о которой речь дойдет позже), прикрытую соответствую-
щей маской. Подложка подогревается до температуры Т2
нагревателем 2.
Интересный метод напыления селенида и теллурида
ртути предложили Дзюба и Гириат [Л. 113]. Они приме-
Рис. 6-12. Вакуумная камера для на-
пыления двухтемпературным методом
[Л. 212].
/ — подложка; 2— нагреватель подложки;
3 — боковые подогреватели; 4 — испари-
тель; 5 — дойный нагреватель; 6 — подвод
к термостату; 7 —выход к вакуумному
насосу.
нили источник, позволяющий загрузить большое количе-
ство испаряемого материала (рис. 6-13). Пары полупро-
водникового материала попадают из источника в гори-

Рис. 6-13. Схема устройства для
конвейерного напыления датчиков
Холла [Л. 123].
1 — горизонтальная печь; 2 — подлож-
ка; 3 — приспособление для перемеще-
ния подложки; 4 — кварцевая труба;
5 — вертикальная печь; £ —контейнер
с полупроводниковым материалом.
зонтальную кварцевую
трубку (также обогревае-
мую печью), в которой
передвигается с постоян-
ной скоростью держатель
с закрепленными на нем
пластинками-подложками.
На подложках, передви-
гаемых над источником
испаряющегося материа-
ла, осаждается слой по-
лупроводникового мате-
риала. Такое приспособ-
ление позволяет напылять
материал сразу на не-
сколько подложек при однократной загрузке источника,
что является преимуществом этого метода при массовом
производстве.
На практике, однако, часто получаются слои с несте-
хиометрическим составом, обусловленным различным
123
Рис. 6-14. Зависимость подвиж-
ности носителей тока в тонких
слоях HgTe от температуры
обработки этих слоев в парах
ртути [Л. 212].
давлением паров отдельных компонентов соединения при
температуре испарения. Поэтому значительного улуч-
шения электрических свойств можно достичь при помо-
щи термообработки напыленных слоев в парах более
летучей составляющей. В качестве примера на рис. 6-14
и 6-15 показана зависимость подвижности носителей
тока в пленках HgTe. от температуры и времени обра-
ботки в парах ртути [Л. 212]. Приведенная по оси абс-
цисс температура одновременно является и температу-
рой обработки слоя и тем-
пературой ртути. Если нежь
средственно после напыле-
ния слоя HgTe получают ве-
личину подвижности ц =
= 600— 1 200 см2]в • сек, то
после оптимальной темпера-
турной обработки значе-
ния ц достигают 2 500—
3 500 см2/в •’"Сек. Приведенные
данные относятся к пленкам
толщиной около 1,3 мкм.
Второй метод, называе-
мый трехтемпературным, ос-
составляющих интерметалли-
ческого соединения из раздельных источников. Этот ме-
тод дает возможность получать слои полупроводниково-
го материала стехиометрического состава путем подбора
таких температур испаре-
ния отдельных элементов
7\ и Т2, при которых дав-
ление паров каждого из
них над подложкой будет
одинаковым [Л. 167, 168,
185]. Соответствующая
температура подложки
дает возможность пра-
вильно кристаллизовать-
ся напыляющемуся полу-
проводниковому матери-
алу.
На практике бывает, что
температура подложки, не-
обходимая для кристаллизации пленки, вызывает диссо-
циацию уже напыленного материала, если давления па-
124
нован на напылении двух
сти носителей тока от времени
термообработки пленок HgTe в па-
рах ртути [Л. 212].
ров значительно отличаются. В таком случае давление
пара более легколетучей составляющей поддерживается
большим, чем того требует стехиометрический состав.
Условия напыления, подобранные опытным путем, позво-
ляют получать слои стехиометрического состава. На
рис. 6-16 представлена схема установки Гюнтера, пред-
назначенной для напыления материалов типа AUIBV.
Обращает на себя внимание оригинальное разме-
щение тиглей Т[ и Т2 с испаряемыми компонентами.
ЛГатериал подложки находится на перемещаемом с по-
мощью магнита держателе, что позволяет напылять не-
сколько слоев без нарушения вакуума в системе.
Материалом подложки могут служить различные изо-
ляционные пластинки, такие как слюда, керамика или
непосредственно феррит.
Материал подложки дол-
жен обеспечивать хоро-
шее сцепление с напылен-
ным материалом, а их
температурные коэффици-
енты линейного расшире-
ния не должны сильно от-
личаться. Для напыления
слоев HgSe и HgTe пред-
почтительно в качестве
подложки применять слю-
ду, так как основным
преимуществом этих сло-
ев является их большая
прочность на изгиб. Это,
Рис. 6-16. Схема установки для
напыления тонких слоев трехтем-
пературным методом [Л. 167].
I-—иСдложка; 2 — к вакуумному на-
сосу.
дает возможность помещать
датчики в искривленные зазоры. В случае пленок InSb
и InAs в качестве подложки обычно применяют стекло
или керамику.
Существенной проблемой является правильное изго-
товление контактов. Материал контакта должен удов-
летворять следующим условиям:
1) не взаимодействовать с полупроводниковым мате-
риалом;
2) обладать хорошим сцеплением с подложкой;
3) обладать малым сопротивлением и обеспечивать
малое переходное сопротивление металл—полупроводник;
4) допускать пайку проводника.
По отношению к HgTe и HgSe ни один из материа-
лов не выполняет всех перечисленных условий.
125
Условиям 1 и 2 удовлетворяют Pt, Au и Ni. Чаще
всего применяется напыление двух материалов, из ко-
торых один обеспечивает хороший и постоянный контакт
с полупроводником, а второй уменьшает сопротивление
контакта [Л. 211]. Применяются контакты, например,
N1 — Ag либо Au — Ag и т. д. Гюнтер и Фреллер предла-
гают в качестве контактов к датчикам Холла, изготов-
ленным из InAs и InSb, серебро [Л. 167, 168].
Припайка проволочных выводов производится с по-
мощью' различных низкотемпературных припоев, основ-
ной
является олово. Иногда, од-
составляющей которых
I
а
о
о
а
а
а
Рис.
иия
а
6-17. Маска для напыле-
контактов датчика Холла.
Рис. 6-18. Маска для напыле-
ния датчика Холла.
нако, лучшие результаты получаются при пайке индием
[Л. 37, 211]. В некоторых случаях слишком низкая темпе-
ратура плавления индия (156°С) может ограничивать
его применение.
Остается рассмотреть вопрос изготовления масок,
применяющихся для напыления. При изготовлении дат-
чиков Холла больших размеров можно для изготовле-
ния масок использовать металлическую фольгу. Однако,
когда размеры датчиков малы, для изготовления масок
следует применять фотолитографический метод, как это
делали, например, авторы работ (Л. 98 и 211].
На рис. 6-17 и 6-18 показан набор масок для напыления
контактов и полупроводниковой пленки, изготовленных
фотолитографическим методом. Этот метод дает возмож-
ность напылять контакты относительно полупроводни-
ковой пленки с очень большой точностью, что имеет
большое значение для достижения малых значений ос-
таточного напряжения в датчиках Холла.
Свойства InSb и InAs. Тонкие пленки полупроводни-
ковых материалов типа AniBv представляют собой ин-
терес с точки зрения применения их для датчиков Хол-
ла. Следует, однако, подчеркнуть, что из анализа боль-
шого числа публикаций, посвященных этой проблеме
126
ГЛ. 28, 76, 366, 619], видны большие Технологический
трудности, которые нужно
пленки с хорошими свой-
ствами. Некоторых успе-
хов в этом достигли Гюн-
тер с сотрудниками
[Л. 167, 168, 169] при по-
мощи своего трехтемпера-
турного метода, описан-
ного в § 6-2. Авторы по-
лучили в тонких пленках
температурные характе-
ристики коэффициента
Холла почти такие же, как
и в кристаллическом ма-
териале, однако удельные
сопротивления тонких
пленок были в 2,5—5 раз
{большими, чем удельное
сопротивление кристал-
лического материала. Тем-
пературные характеристики
а также характеристики исходных кристаллических мате-
риалов приведены на рис. 6-19 и 6-20 (Л. 167]. Пленки
с такими свойствами можно получать с толщиной от 1
Рис. 6-20. Температурная зависи-
мость подвижности носителей тока
в тонких слоях InSb и InAs
[Л. 169].
преодолеть, чтобы получить
Рис. 6-19. Температурная зависи-
мость коэффициента Холла в тон-
ких слоях InSb и InAs [Л. 169].
тонких пленок InSb и InAs,
до 5 мкм. Червенак иМар-
цин '[Л. 76] показали, что
температурный коэффици-
ент холловского напряже-
ния в пленках InSb сни-
жается по мере уменьше-
ния и меняет знак
с положительного на отри-
цательный, так что при
7?н=15 смЧк. р составляет
только +0,013 % )град.
При таких температурных
характеристиках напря-
жение Холла, соответст-
вующее индукции В =
= \0кгс, равно 400 мв, так
что чувствительность у' =
= 40 мкв)гс, а у=
= 8 в/а-кгс.
127
Рис. 6-21. Зависимость вы-
ходного напряжения от
индукции в пленочных дат-
чиках Холла из InSb н
InAs [Л. 169].
Рис. 6-24. Температурные ха-
рактеристики удельной элек-
тропроводности в пленках
HgSe (цифры 1, 44, 55 — номе-
ра исследованных образцов).
/ — [Л. 615]; 44, 55 —[Л. 585].
Рис. 6-22. Температурные ха-
рактеристики подвижности но-
сителей тока в пленках HgTe
[Л. 585] (цифры 44, 55—номе-
ра исследованных образцов).
движности носителей тока
от толщины пленки HgSe.
Рис. 6-23. Температурные характе-
ристики коэффициента Холла
в пленках HgSe (цифры 1, 44,
55 — номера исследованных образ-
цов).
/ — [Л. 615]; 44, 55 —{Л. 585].
128
Рис. 6-26. Температурная за-
висимость подвижности носите-
лей тока в пленках HgTe (циф-
ры 1, 27, 56, 57 — номера иссле-
дованных образцов).
1 — 1Л. 613]; 27-[Л. 212]; 56, 57 —
[Л. 585].
Как указывает Гюнтер (Л. 168, 169], пленки InSb,
как и InAs, имеют линейную зависимость UyH от маг-
нитного поля только до значений индукции В = 6 кгс.
При больших значениях индукции возникает значитель-
ная нелинейность, вы-
званная явлениями,
происходящими на гра-
ницах зерен. Зависи-
мость напряжения Хол-
ла UvH = f(B) в этих
пленках приводится на
рис. 6-21.
Свойства HgSe и
HgTe. Тонкие пленки
Рис. 6-27. Температурная зави-
симость коэффициента Холла
в пленках HgTe. Обозначения
как на рис. 6-26.
селенида и теллурида
ртути были впервые
описаны Елпатьевской
[Л. 584, 685, 590].
Вначале целесообразно
остановиться на свой-
ствах селенида ртути, который был также изучен
Котом и Мшенским (Л. 615]. На рис. 6-22—6-24 пред-
ставлены взятые из вышеупомянутых работ темпе-
ратурные характеристики о, Ru и ц. Из сравнения этих
рисунков становится очевидным основное преимущество
HgSe, а именно — очень маленькая температурная за-
висимость. Недостатком его являются, однако, неболь-
шие значения коэффициента Холла, что ограничивает
чувствительность датчиков Холла. Максимальные значе-
Рис. 6-28. Температурная зависи-
мость удельной электропроводно-
сти в пленках HgTe. Обозначения,
как на рис. 6-26.
ния подвижности, полу-
ченные в этих пленках,
как указывает Елпатьев-
екая, достигают значения
около 4 000 см2/в • сек. На
рис. 6-25 показана зави-
симость ц от толщины
пленки. Очевиден значи-
тельный разброс резуль-
татов, который можно
объяснить различием при-
менявшихся технологий.
Тонкие пленки тел-
лурида ртути, кроме Елпатьевской, изучали Кот и Ма-
рончук [Л. 613], а также Игнатович и Кобус [Л. 212]. Ма-
9—1401
129
ксймальные значения подвижности, достигнутые в плен-
ках HgTe, согласно Елпатьевской, составляют около
6200 см2/в- сек. На рис. 6-26—6-28 показаны температур-
ные зависимости о, и ip, собранные из различных ра-
сти от толщины пленок HgTe
{Л. 212 и 615J.
удельной электропроводно-
сти от состава в пленках
твердых растворов HgTe—
HgSe.
бот. Из них видна не очень большая зависимость этих па-
раметров от температуры, хотя, в общем, температурные
коэффициенты при комнатной температуре принимают
Рис. 6-31. Зависимость подвиж-
ности носителей тока от соста-
ва в пленках твердых раство-
ров HgTe—HgSe.
Рис. 6-32. Зависимость
коэффициента Холла от со-
става в пленках твердых
растворов HgTe—HgSe.
значения несколько большие, чем для HgSe: а от—0,05 до
—0,3%/граЛ и р от —0,1 до —0,3 % /град [Л. 212]. Пред-
ставляет интерес зависимость электрических свойств от
толщины пленки. На рис. 6-29 показана зависимость
130
Данные почерпнуты из двух работ [Л. 212, 615].
Здесь также виден большой разброс, который объяс-
няется, как и в случае с HgSe, различием применявших-
ся технологий. При гарантии воспроизводимости техно-
логии изготовления пленок зависимость, представленная
на рис. 6-29, может быть взята за основу для проектиро-
вания датчиков Холла [Л. 250].
Елпатьевская [Л. 585, 590] описала также свойства
пленок твердого раствора HgTe — HgSe. Она отметила,
что изготовление таких пленок дает возможность полу-
чать свойства, средние между свойствами HgTe и HgSe.
На рис. 6-30—6-32 изображен вид характеристик о, ц
и в зависимости от состава пленки твердого раство-
ра HgTe—HgSe (согласно работам [Л. 585, 590]).
Из них можно сделать вывод, что при использованной
технологии пленки из этого раствора обладают в общем
худшими электрическими свойствами и, по-видимому,
они не найдут применения в практике.
6-3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
Бурное развитие технологии определило два новых
метода формирования полупроводниковых структур, ко-
торые могут быть использованы для изготовления дат-
чиков Холла новой конструкции. Основой этих методов
являются диффузионная и эпитаксиальная техника.
1. Диффузионная техника уже давно используется для
изготовления транзисторов, особенно большой мощности.
Ее можно использовать также и для изготовления дат-
чиков Холла с очень малой толщиной рабочего слоя
(как у датчиков Холла, изготовленных напылением) и,
следовательно, обладающих большой чувствительно-
стью, а также с монокристаллической структурой,
что гарантирует получение коэффициента Холла такого
же порядка, как и в монокристаллическом матери-
але, и одновременно хорошую стабильность. Конструи-
рование диффузионного датчика Холла заключается
в изготовлении р-п перехода на материале p-типа, как
это показано на рис. 6-33. На диффузионном слое п-типа
Размещаются электроды датчика Холла. Образованный
Р-п переходом барьер изолирует электрические процес-
9* 131
сы, происходящие в слое п-типа от процессов, происхо-
дящих в слое p-типа. Преимуществами такой конструк-
ции должны быть большая чувствительность и идеаль-
ный отвод тепла через область материала p-типа, ко-
торая имеет в десятки раз
больший объем, чем область
п-типа (см. § 5-2); недо-
статком устройства являет-
ся, однако, деполяризация
р-n перехода, обусловлен-
ная падением напряжения
вдоль слоя вследствие про-
текания управляющего тока.
Опытные датчики Холла
Рис. 6-33. Конструкция диффу- этого типа изготовлялись
зионного датчика Холла. Мержинским [Л. 323] из гер-
мания и Яницким и Кобусом
[Л. 216] из кремния. На рис. 6-34 и 6-35 показаны харак-
теристики опытного кремниевого датчика Холла, в ка-
честве которого служил тонкий слой p-типа, полученный
методом диффузии в материал п-типа. Параметры слоя,
образованного диффузией, были следующие: среднее
удельное сопротивление слоя р = 0,102 ом • см, коэффи-
циент Холла /?н=8 см31к, подвижность ц = 80 см^в-сек,
толщина с = 4 мкм. В диапазоне магнитных индукций
до 8 кгс обнаружена хорошая линейность, а токовые ха-
рактеристики искривлялись при
плотностях тока ~40 а/см'1,
Полученная чувствительность
находилась в пределах у=
= 0,2 = 0,25 в/а • кгс, у' =
= 4 мв]кгс. При подборе соот-
ветствующих исходных мате-
риалов (например, р = 1 ом • см,
с=4-10—* см, 6=0,6 см) мож-
но получить чувствительность
/=100=200 мв/кгс и у=5=
10 в/а-кгс.
Рассмотренный метод не
может быть применен для ин-
терметаллических соединений,
в которых довольно трудно со-
здать переход с удовлетвори-
тельными электрическими свой-
ствами.
Рис. 6-34. Зависимость вы-
ходного напряжения от ин-
дукции в экспериментальных
диффузионных кремниевых
датчиках Холла [Л. 216].
'х макс=20 ма' Т=о.2 в/а • кгс;
V/“4 мкв/гс.
32
2. Эпитаксиальный метод является сравнительно но-
вым; он также применяется в технологии изготовления
транзисторов. Он заключается в кристаллизации полу-
проводника из газовой фазы на чистейшей подложке-
пластине. Подложкой может быть как монокристалличе-
ская пластина из того же
материала, что и кристалли- '
зующийся, так и из друго-
го подходящего материала.
В качестве подложки также
можно использовать кри-
сталлические изоляционные
материалы с близкой кри-
сталлической структурой. „
Благодаря этому эпитакси-
альный метод имеет более
широкие перспективы исполь-
зования в технологии изго-
товления датчиков Холла,
так как дает возможность
изготовлять датчики Холла,
например, из InAs или InSb
с толщиной, равной толщине
пленочных датчиков, но с параметрами монокристалличе-
ского материала. Можно ожидать, что датчик Холла из
InAs, изготовленный этим методом толщиной 1 мкм,
должен обладать следующими свойствами: у'=0,4-д-
'0,5 мв/гс и у=10 eja-кгс, что отвечало бы напряже-
нию Холла, достигающему значения 4—5 в при В =
—10 кгс.
Следует, однако, подчеркнуть, что оба рассмотрен-
ных технологических метода являются методами буду-
щего, а сейчас исследованы еще недостаточно.
Рис. 6-35. Зависимость
выходного напряжения
от управляющего тока
в экспериментальных
кремниевых датчиках
Холла [Л. 216].
®-4. КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
И МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
]>, Остается описать примеры практических конструк-
тивных решений датчиков Холла и магниторезисторов.
। Кроме типовых решений, с помощью которых можно
| Реализовать большую часть технических применений дат-
q чиков Холла, существует множество применений, кото-
| рые требуют датчиков Холла специальной конструкции.
I 133
На рис. 6-36 [Л. 245], 6-37 [Л. 435] и 6-38 [Л. 385]
приводятся три примера конструкторских решений дат-
чиков Холла, изготовленных из кристаллических мате-
риалов. Датчик Холла СН4 — это германиевый датчик
в копусе из эпоксидной смолы; FA24 — датчик Холла
Рис. 6-36. Германиевый
датчик Холла типа СН4
в эпоксидном корпусе
[Л. 245].
из InAs в керамическом корпусе,
тогда как датчик типа ВН201,
о котором говорилось раньше, от-
личается прежде всего очень тон-
ким корпусом. На рис. 6-39 пока-
зан датчик Холла для измерения
топографии магнитного поля в
узких зазорах. Толщина его до-
стигает 0,3 мм, а размеры актив-
ной части 2X1 мм дают возмож-
ность производить «точечное»
измерение. В зависимости от применяемой конструкции
и наличия корпуса толщина кристаллических датчиков
колеблется в пределах от 0,1 до 2 мм.
Пленочные датчики Холла изготовляются в двух ос-
новных вариантах: на жесткой подложке (керамика,
стекло) или на эластичной (слюда). К первой группе
относятся все пленочные датчики Холла из InSb и InAs-
Пример конструктор-
ского решения пленоч-
ного датчика Холла из
InSb показан на рис.
6-40 [Л. 435]. Второй
конструкторский вари-
Рис. 6-37. Датчик Холла типа FA24
из InAs в керамическом корпусе
(Л. 435].
ант пленочных датчи-
ков Холла — изготов-
ление датчиков Холла
из HgSe или HgTe.
Пленки этих материалов с толщиной, не превы-
шающей 2—3 мкм, являются настолько эластичными,
что выдерживают изгиб с радиусом кривизны поряд-
ка 1—2 см. Такие изгибы допускает тонкая пла-
стинка слюды, служащая подложкой. Пример такой
конструкции показан на рис. 6-41 [Л. 249]. Это датчик
Холла из HgTe, изготовленный напылением с общей
толщиной всего 100—150 мкм. При подборе слюды со-
ответствующего качества и дополнительной ее обработ-
ке можно получать датчики Холла толщиной 50 мкм.
Эластичность таких датчиков позволяет использовать их
134
при стационарном закреплении (например, приклейкой)
в искривленных зазорах.
Два специальных исполнения датчиков Холла пока-
заны на рис. 6-42 и 6-43 |[Л. 435]. Первый датчик позво-
ляет измерять осевое маг-
нитное поле (например,
внутри катушки или в
трубчатом сердечнике).
Второе устройство, назы-
ваемое тангенциальным
датчиком Холла, отлича-
ется тем, что полупровод-
никовая пластина разме-
щается в непосредствен-
ной близкости (0,1 мм) от
Рис. 6-38. Датчик Холла типа
ВН201 из InAs в очень тонком
корпусе [Л. 385].
одной из кромок корпуса;
это позволяет измерять касательную (тангенциальную)
составляющую магнитного поля на небольшом расстоя-
нии от поверхности ферромагнитных тел.
Рис. 6-39. Датчик Холла типа SBV525,
предназначенный для измерения распре-
деления магнитного поля в узких зазо-
рах [Л. 435].
Как уже говорилось в § 5-8, магниторезисторы изго-
товляются в двух основных вариантах: в виде диска
Корбино и в виде пластины с малым отношением разме-
ров а/b. К первому типу относится магниторезистор
Рис. 6-40. Пленочный датчик Холла
типа SV130 из InSb с очень большим
выходным напряжением; подложка ке-
рамическая [Л. 435].
135
GT 1 (рис. 6-44), изготовленный из InSb с корпусом
из эпоксидной смолы [Л. 240] толщиной 2 мм. Ко второ-
му типу относится магниторезистор MS41 [Л. 388]
(рис. 6-45), изготовленный также из InSb; корпус стек-
лянно-керамический с эпоксидной смолой.
Рис. 6-41. Пленочные
датчики Холла из HgTe
типа HN13 и HN14 на
подложках из слюды
[Л. 249].
Рис. 6-42. Датчик Холла для измере-
ний магнитного поля в соленоиде —
тип RHY11 (Л. 435].
, Полупроводник
' >==4 Ь==>
__ Рис. 6-43. Датчик Холла для из-
мерений тангенциальной состав-
ляющей магнитного поля — тип
ТС21 [Л. 435].
Рис. 6-44. Магниторези-
стор из антимонида
индия в корпусе из эпо-
ксидной смолы [Л. 240].
136
Рис. 6-45. Магниторези-
стор из антимонида
индия в керамическом
корпусе (Л. 388].

Глава седьмая
СВОЙСТВА датчиков холла
7-1. СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Статической характеристикой называется характери-
стика датчика Холла в случае, когда активное сопротив-
ление нагрузки R гораздо больше выходного сопротив-
ления датчика Холла Ry (измеренного между холлов-
скими электродами). Статическая характеристика опре-
деляется прежде всего параметрами полупроводникового
материала (о чем уже говорилось в § 5-2) и условиями
отвода тепла от пластины. Статические характеристики
в пренебрежении влиянием температуры однозначно оп-
ределяются чувствительностью датчика Холла
„ UyH RH .
1ХВ — с
Примеры статических характеристик показаны на
рис. 7-1, где приведены характеристики датчиков Холла:
рис. 7-1, а — германиевого, типа СН1 с чувствитель-
ностью 1 в/а-кгс [Л. 235 и 237]; рис. 7-1,6 — выполнен-
ного из антимонида индия, типа HS51 с начальной чув-
ствительностью 0,2 efa-кгс [Л. 388]; рис. 7-1,в — из арсе-
нида индия, типа FA21 с чувствительностью 0,08 в/а-кгс
[Л. 435]; рис. 7-1,г — пленочного из HgTe с начальной
чувствительностью 0,8 в/а кгс [Л. 249].
Протекание управляющего тока сопровождается вы-
делением тепла и приводит к росту температуры на ве-
личину ДТ [Л. 268]
Л
ДГ = ^_, (7-1)
2avb-c ' 7
где ix — плотность управляющего тока, о — удельная
проводимость полупроводникового материала, Ь, с —
ширина и толщина образца, v — коэффициент теплоот-
дачи.
Если температура пластины превысит величину, со-
ответствующую загибу температурной характеристики
коэффициента Холла, статическая характеристика так-
же искривится и чувствительность датчика Холла
уменьшится. В случае антимонида индия зависимость
137
коэффициента Холла от температуры так велика, что
в области практического использования датчика его
статические характеристики не являются линейными,
что видно на примере рис. 7-1,6. В случае кристалличе-
ских датчиков Холла, выполненных из других полупро-
Рис. 7-1. Примеры статических характеристик датчиков
Холла.
а — германиевого — типа CHI [Л. 235 и 237]; б — из антимонида
индия—типа HS5| [Л. 388]; в —из арсенида иидия — типа FA2I
[Л. 435]; г — пленочного из HgTe —типа HN13 [Л. 249].
водниковых материалов, статические характеристики
в интервале значений тока вплоть до номинального яв-
ляются линейными, как на рис. 7-1, а,в,г, но загиб
быстро увеличивается по мере превышения величины
допустимого тока. На рис. 7-2 показана характеристика
германиевого датчика Холла Uyn=f(Jx), включая значе-
Ния управляющего тока выше /хмакс [Л. 243].
В пленочных датчиках Холла обычно также имеет
место искривление статических характеристик в цнтер-
вале практически используемых значении управляющих
токов. При этом нужно помнить, что вследствие улуч-
шенных условий отвода тепла (объем полупроводника
гораздо меньше объема основания, являющегося охлаж-
дающим радиатором) можно питать пленочный датчик
Холла (без опасности для
его сохранности) большей
мощностью, чем кристал-
лический, в конструкции
которого объемы полу-
проводника и корпуса
приблизительно одина-
ковы.
Статические характе-
Рис. 7-2. Статическая характери-
стика германиевого датчика Хол-
ла типа СН1, включающая
значения управляющего типа
[Л. 243],
потоком воздуха
ристики, приводимые в
каталогах датчиков Хол-
ла, отвечают обычно слу-
чаю естественного охлаж-
дения пластины вслед-
ствие конвекции возду-
ха. Принудительное
охлаждение
или, еще лучше, путем непосредственного контакта, -
например, с полюсами магнита существенным образом
увеличивает коэффициент теплоотдачи в формуле (5-10)..
В результате этого 1хмакс может принимать большие
Рис. 7-3. Перегрев пла-
стины датчика Холла из
InAs в зависимости от
управляющего тока при
разных условиях охлаж-
дения [Л. 268].
1 — датчик без корпуса; 2—
датчик в корпусе; 3 — дат-
чик, соприкасающийся с
полюсом магнита,
значения, чем при естественном охлаждении. Курт
провел эксперименты, иллюстрирующие это утвержде-
ние [Л. 268]. На рис. 7-3 показана зависимость перегре-
ва (превышения температуры) пластины датчика Холла
из арсенида индия, возникающего в результате выделе-
ния джоулева тепла, от величины управляющего тока.
На рис. 7-4 показаны статические характеристики дат-
чиков Холла из арсенида индия с разной толщиной для
139
трех видов условий охлаждения, соответствующих обо-
значениям на рис. 7-3. Видно, что для датчиков Холла,
соприкасающихся с полюсными наконечниками, можно
Рис. 7-4. Статические характери-
стики датчиков Холла из арсенида
индия при В=10 кгс и разных
условиях охлаждения, соответ-
ствующих обозначениям на рис. 7-3,
для полупроводниковых пластин
разной толщины fJI. 268].
получать увеличение выходного напряжения в 3,5 раза
по сравнению с датчиком Холла без корпуса и более чем
в 2 раза по сравнению с датчиком Холла в естественно
охлаждаемом корпусе. В заключение в табл. 7-1 пред-
Та б лица 7-1
Сравнение статических характеристик датчиков Холла
Датчик Холла Материал т. в/а-кгс ^лмакс’ ма UyH (при В=10кгс), мв
СН1 Ое 1.0 50 500
HS51 InSb 0,20 100 200
0,10 500 500
FA23 InAs 0,096 250 240
FC34 InAs0>8P0i2 0,18 200 360
HN14 HgTe (пленочный) 0,8 40 320
SV230 InAs (пленочный) 0,65 100 650
SV130I InSb (пленочный) 10 40 3 000
ставлены параметры, определяющие статические харак-
теристики датчиков Холла, выполненных из разных ма-
териалов.
7-2. ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Изменение активного сопротивления датчика Холла
в зависимости от напряженности магнитного поля играет
большую роль при 'работе с отбором тока с холловских
электродов. Как показано в § 2-5, эффект магнитосо-
противления проявляется тем сильнее, чем выше под-
140
I 1
вижность носителей тока в полупроводнике. Из этого
следует, что наибольшее влияние упомянутого эффекта
на работу датчиков Холла будет иметь место в элемен-
тах, изготовленных из антимонида индия, характеризую-
щегося наибольшей подвижно-
стью носителей тока. Это влия -
ние будет проявляться после-
довательно во все меньшей
степени для датчиков Холла из
InAs, InAsP, Ge и Si. На рис.
3-9, 3-28, 3-41, 3-52 показаны
зависимости магнитосопротив-
ления от напряженности маг-
нитного поля для антимонида
индия, арсенида индия, арсени-
да—фосфида индия и герма-
ния. Из этих рисунков следует,
что если сопротивление герма-
Рис. 7-5. Динамическая ха-
рактеристика германиевого
датчика Холла типа СН1.
ниевого датчика Холла в поле
с индукцией 10 кгс увеличивается примерно на 10%,
то сопротивление датчика Холла из арсенида индия —
на ~50%, а из антимонида индия — примерно в 6 раз.
Этот факт сильно-затрудняет получение линейной дина-
мической характеристики
у датчиков Холла с боль-
шой величиной эффекта
магнитосопротивления, что
следует также из форму-
лы (5-23).
Рнс. 7-6. Динамическая характе-
ристика датчика Холла, изготов-
ленного из InSb.
На рис. 7-5 приведены
типичные динамические
характеристики германие-
вого датчика Холла „СН1,
в котором не делалось
специальной линеариза-
ции динамических харак-
теристик. Влияния эффек-
та магнитосопротивления
не заметно: характери-
друг другу. На рис. 7-6 приве-
динамические характери-
стики
дены
стики
дельность
параллельны
нелинеаризованные ______________
датчика Холла из антимонида индия. Непарал-
Сть характеристик легко заметить. Принци-
линеаризации динамической характеристики описаны
141
Таблица 7-2
Мощность, отдаваемая датчиком Холла при согласованной
нагрузке (Л=10 кгс)
Тип Материал у//макс (для B= = 10 кгс), в Ry. ом (при 10 кгс) ^уНмакс’ МвГП Размеры, см
СН1 Ge 0,5 60 1,1 0,95 1,2X0,6
FA21 InAs 0,1 1,0 1,5 1,7 о, б'хо.з
FA24 InAs 0,38 1,1 1,5 22,0 1,3X0,6
FC32 InAsP 0,16 2,4 1,2 4,15 0,6X0,3
FC34 InAsP 0,36 3,5 1.2 7,7 1,5X0,6
HS51 InSb 0,2* 0,6 6,0 2,8 0,6X0,3
0,5 20,0
SV130I InSb (пленка) 8,0** 200 1,5 53,5 0,8X0,4
• Для случая работьГв линейном'интервале статической характеристики.
** Прн^обеспеченнн^хороп.его теплового контакта с массой металла.
в § 5-4. 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 реаль-
ных датчиках Холла согласно формуле (5-32). Расчеты
произведены для значения индукции В =10 кгс. Резуль-
таты, приведенные в таблице, подтверждают теоретиче-
ские 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 необходи-
мо подчеркнуть, что большой выходной мощности в дат-
чиках Холла, изготовленных из InSb, сопутствует нели-
нейность характеристик вследствие большой температур-
ной зависимости основных параметров этих датчиков.
7-3. НАПРЯЖЕНИЯ, СОПУТСТВУЮЩИЕ ХОЛЛОВСКОМУ
К этим напряжениям, рассмотренным уже в предыду-
щих разделах, относятся остаточные напряжения — ре-
зистивное, термоэлектрическое и термомагнитное.
Как известно, коэффициент /0 характеризует величи-
ну сопротивления области, ограниченной эквипотенциаль-
142
ними поверхностями, на которых находятся холловские
электроды. 'При достижении определенной точности раз-
мещения электродов предельное значение коэффициента
г'о будет определяться удельным сопротивлением пласти-
ны. В табл. 7-3 представлены значения удельного сопро-
тивления, типичные сопротивления пластин, а также зна-
чение коэффициента в датчиках Холла, выполненных
из разных материалов. Остаточное напряжение можно
скомпенсировать полностью (в случае работы при уста-
новившемся значении управляющего тока 1Х) или частич-
но (при работе датчика Холла в качестве перемножите-
ля) компенсационной схемой.
Т а б л и ц а 7-3
Удельные сопротивления и первичные остаточные напряжения
в датчиках Холла, изготовленных из различных материалов
Параметр Материал
S1 Ge InSb in As InAsP
р, ОМ'СМ 0,5—10 0,5—4 I0-4—IO-2 10-2 2-10-2
Rx,y, ОМ- 50—5 000 50—500 0,5—2 1—3 2—5
Г омакс> в/<2 10-2—10 ! ю-г—1 10-2—10-’ 10-» io-’
На рис. 7-7 (Л. 3, 101, ‘268, 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 специаль-
ных конструкций пластины с пятью электродами. Из этих
схем наиболее удобна схема на рис. 7-7,г, которая прак-
тически не вызывает потерь ни мощности питания, ни
полезной мощности, а также не требует дополнительных
источников питания.
Осуществление компенсации термического остаточно-
го напряжения, нелинейно зависящего от тока, более
затруднительно. Если при работе с установившимся зна-
чением тока 1Х его можно скомпенсировать вместе с ре-
зистивным остаточным напряжением, то при работе
с меняющимся током 1Х компенсация термического оста-
точного напряжения с помощью схем, приведенных на
рис. 7-7, не дает положительных результатов. Подтверж-
дением этому является рис. 7-8 {Л. 238]. На этом рисун-
ке представлены характеристики германиевого датчика
Холла, снятые в случае схемы, показанной нд рис. 7-7,г
ИЗ
при B=Q. Параметром является значение тока, при кото-
ром осуществлена точная компенсация остаточного на-
пряжения.
Теперь рассмотрим влияние остаточного напряжения
на характеристики датчика Холла при постоянной тем-
JfCJ
пературе. Выходное напряжение датчика Холла можно
представить в виде
Uy^UyH^U'v+U"y. (7-2)
Рассуждения ограничиваются областью квадратичной
зависимости вторичной асимметрии от тока 1Х- Очевидно,
что при работе с установившимся значением управляю-
щего тока 1Х — const остаточное напряжение не будет
играть никакой роли, поскольку его можно скомпенси-
ровать. Зато существенным будет участие напряжения
вторичной асимметрии при работе с изменяющимся зна-
Н4
чением управляющего тока. Пользуясь зависимостями
(5-14), (5-43) и (5-44), а также обозначив
U*y = U'y+U"y, (7-3)
получим следующее выражение, определяющее влияние
остаточного напряжения на напряжение Холла для дат-
чика Холла, в котором резистивное остаточное напряже-
ние не скомпенсировано [Л. 241, 252]:
U*v г'» + к'т\^ . ,74,
В-случае компенсации напряжения U*v при некото-
ром значении управляющего тока 1м зависимость (7-4)
принимает вид:
k'n V* I*»)
(7-5)
Рис. 7-8. Зависимости тер-
мического остаточного на-
пряжения в германиевом
датчике Холла от управ-
ляющего тока.
Зависимости сняты с помощью
схемы, изображенной на
рис. 7-7,2; параметром является
значение тока, при котором до-
стигалась компенсация рези-
стивного остаточного напряже-
ния [Л. 2381.
Как следует из вышеприведенный зависимостей, влия-
ние остаточного напряжения на характеристику пере-
множения будет тем меньшим, чем меньшим будет со-
отношение krT\iy. Особенно
существенной будет доля оста-
точного напряжения в выход-
ном напряжении датчика Хол-
ла при малых значениях В.
На рис. 7-9 показана зависи-
мость величины U*vHJyH и
U"ylUVH от В для типичного
германиевого датчика Холла
СН1. Влияние остаточного на-
пряжения на температурные
характеристики датчиков Хол-
ла будет рассмотрено в сле-
дующей главе.
О вкладе напряжения Эт-
тингсгаузена и термомагнит-
ных составляющих напряжения
в напряжение Холла уже го-
ворилось в § 4-2. Проанализи-
руем теперь еще раз влияние
термомагнитных эффектов с
точки зрения величины погреш-
ности, вносимой этими эффек-
Ю-1401 145
тами в напряжение Холла. Напряжения Эттингсгаузена
и Риги—Ледюка являются в сущности термоэлектриче-
скими напряжениями, возникшими благодаря попереч-
Рис. 7-9. Вклад остаточного напряжения з выходное напряжение
германиевого датчика Холла типа СН1 со следующими параметрами:
у=11 в/а-кгс; г'0—\ в/а; /г'.^=0,2 в/а2.
и* ‘ и* V"y
I - 50 ма; ; / =10 ма; 3-; / =50 ла;
иуН х иуН иун . х
ной разности температур. Эти напряжения определяют-
ся следующими зависимостями:
t/,E=WA; (7-6)
<7'7»
<7'8>
где Р, Q±,S — коэффициенты Эттингсгаузена, Нернста—
Эттингсгаузена и Риги — Ледюка соответственно.
Если принять, что
^уТМ = уЕ + yNE UyRL ’
то мерой вклада термомагнитных эффектов в напряже-
ние Холла в соответствии с формулами (5-14), (7-6) —
14$
(7-9) будет следующее выражение:
иутм
иун
. „ dT
D (Q1 + «?) -rfj
Py J____________
RH Rtf*
(7-Ю)
Из формулы (7-10) следует, что вносимая относитель-
ная погрешность не зависит от индукции. Напряжения
Нернста — Эттингсгаузена и Риги — Ледюка в пластин-
ках, обтекаемых постоянным током, могут возникать под
влиянием эффекта Пельтье (см. § 2-7 и 4-2). Ввиду этого
выгодно изготовлять датчики Холла с возможно боль-
шим отношением а/Ь.
В табл. 7-4 представлены данные, необходимые для
вычисления отношения иуТм1^ун по формуле (7-10), и
приведены результаты расчетов. Следует, однако, отме-
тить (в соответствии с изложенным в гл. 3); что до сих
•пор нет полных данных по коэффициентам Р, Q1, 5 дЛЯ
рассматриваемых материалов. Расчеты проведены для
ррадиента температуры dTfdx=\ град/см при макси-
мальной величине 7ЖМакс управляющего тока и при токе
0,1 /хмакс- При этом рассматривался наименее выгодный
случай, когда все термомагнитные напряжения склады-
ваются (тогда как при соответствующем выборе направ-
лений тока и Инду* ции различные составляющие термо-
магнитного напряжения могут иметь разные знаки). Ока-
зывается, что термомагнитное напряжение вносит на-
ибольшую погрешность в области малых управляющих
токов, однако даже при токе 0,1 /.ТМакс Доля UyrM в на-
пряжении Холла в датчике из InSb не превышает 0,4%.
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 Хол-
ла в связи с температурными свойствами полупроводни-
кового материала и с условиями работы датчика в элек-
трической 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
Погрешность От влияний ТёрмомагниТных эффектов на
Материал р, град/а-ес Q, е/градус S, гс"1
Ge, р= 2 ом-см 10-’ 5-10-’ —
InSb, n=2,5-10’e см~г — 4-10-° 36-10-»
InAs, п=6-10” см~г — 1,7-10-» —
пряжение можно представить в следующей форме:
£7 вв Rh
с Rx -|- /?w
(7-И)
где Е — э. д. с. источника напряжения, Rw — внутреннее
сопротивление источника (т. е. сопротивление батареи
Л
Рис. 7-10. Схема ра-
боты датчика Холла
при R = oo.
и последовательно включенных ре-
гулировочных резисторов в токовой
цепи).
В уравнении (7-11) величины
RH и Rx зависят от температуры.
Найдем выражение для температур-
ного коэффициента напряжения
Холла
(7'12)
Дифференцируя выражение (7-11) и принимая во внима-
ние, что
1 dRx 1 dp
Rx dT ~~ p dT ’
получаем выражение для температурного коэффициента
напряжения Холла в виде
<7'13>
где а и р — температурные коэффициенты соответственно
удельного сопротивления и постоянной Холла полупро-
водникового материала, определяемые выражениями
(5-40) и (5-41).
148
Таблица 7-4
цие Холла
<р, в! град Rfl, смМк 'хм.же- а1см‘ ицТМ
ю-’ 7 000 4,2 0,42 1,63-10-’ ' 1,51-Ю-*
0,2-Ю-’ 250 130 13 3,4-Ю-4 3,3-10-’
0,3-10-’ 120 70 2-10-’
7 2-10-4
Как следует из формулы (7-13), температурный коэф-
фициент напряжения Холла в схеме, изображенной на
рис. 7-10, зависит также и от параметров цепи питания.
В табл. 7-5 приведены значения коэффициента 'F для
трех различных режимов цепи питания: режим генерато-
ра напряжения, режим генератора тока и промежуточ-
ный режим.
Т аб лица 7-5
Температурный коэффициент напряжения Холла
Характеристика цепи питания ф
Источник постоянного напряжения: RX^>RW Р~“
Rx=Rw Источник постоянного тока: -
Rx-^Rw
б) Схема с нагрузкой на выходе. На рис. 7-11 изо-
бражена схема датчика Холла с нагрузкой, когда между
потенциальными электродами течет ток. В этом случае
удобнее рассматривать ток 1ун- Используя выражение
(7-11), можно написать следующее выражение для тока
Холла:
j ,BE RH
с (Rx ++Л)’
(7-14)
где R— сопротивление нагрузки датчика Холла.
149
Действуя аналогично предыдущему случаю, получим
Выражение для температурного коэффициента тока
Ф = Лл + Rv + R )“ (7'15)
В табл. 7-6 представлены значения Ф для разных
условий работы схемы.
Таблица 7-6
Температурный коэффициент тока Холла
Ф
Параметры цепи питания
Прн произвольном значении Я
При согласовании на
грузки R=Ry
Rx Rw
Rx — Rw
Rx Rw
(1 + rv+r} “
/ 1 I V
<2 +Rv + Rja
. Rv
Rv+Ra
Взаимозависимость
4
Рис. 7-11. Схема
работы датчика
Холла при R^oo.
Оказывается, что температурный коэффициент тока
lyii зависит от параметров как выходной, так и входной
цепи.
Пользуясь зависимостями (7-13) и (7-15), рассмотрим
коэффициентов V и Ф, а также тем-
пературного коэффициента сопро-
тивления в датчиках Холла, изготов-
ленных из различных кристалличе-
ских полупроводниковых материа-
лов. Если принять, что рабочий диа-
пазон температур датчиков Холла
находится между 0 и 100° С (за ис-
ключением германиевых датчиков
Холла, для которых рабочий диапа-
зон составляет 0—60° С), то из ха-
рактеристик, приведенных на
рис. 5-17 и 5-18, можно опре-
делить зависимость «коэффициента температурной
добротности) (определенного как Ян/Ч’’ или /?Н/Ф)
от концентрации носителей тока. Рассматривая для
150
упрощения датчик Холла, работающий в режиме
холостого хода и питающийся от источника постоян-
ного напряжения, определим для отдельных полупровод-
никовых материалов зависимости RH/'ft = f(n), которые
Рис. 7-12. Зависимость /?н/₽ от концентрации носителей
тока в материалах, применяемых для изготовления датчи-
ков Холла.
во всех полупроводниковых материалах (за исключением
кремния) имеет место максимум зависимости RhI$, ко-
торый соответствует материалу с оптимальными параме-
трами (имеется в виду сочетание большой величины Rh
и слабой ее температурной зависимости). Параметры
материалов с наилучшими температурными характери-
стиками приведены в табл. 7-7.
Таблица 7-7
Параметры|материалов с наилучшими температурными
характеристиками
Параметр Материал
Si Ge InSb InAs InAs, .P, A 0’6 0,4 InAso,8po,2
п, см~3 5-10’4 3-Ю15 2,4- IO16 6-IO’6 3-10’s 2,5-1016
Rfj, см\к 14 750 2 500 260 120 230 250
р. ом-см 9,5 0,8 3,25-10-3 6.10-3 2,6-10-2 l,7.10-2
3/о)град 0,8 0,5 —1,0 0,2 0,15 0,2
Р, Уфрад —0,001 —0,001 — 1,25 —0,07 —0,018 —0,04
151
Для величин а и ₽ в таблице приведены их макси-
мальные значения, достигаемые в диапазоне температур
О—100°С (или 0—60°С в случае германия). Для датчи-
ков Холла, изготовленных из материалов с характери-
стиками, представленными в табл. 7-7, были рассчита-
ны зависимости коэффициентов 'Р и Ф от сопротивлений
Rw и R. Полученные результаты приведены на рис. 7-13.
Датчики Холла, изготовленные из рассматриваемых ма-
териалов, можно разделить на три группы. К первой
можно отнести датчики Холла из InSb, которые при лю-
Рис. 7-13. Зависимость температурных коэффи-
с датчиком Холла,
а — иа Ge; б — иа S1; в — из InSb; г — из InAs; д — из
152
бых режимах работы обладают большими значениями
коэффициентов Т и Ф. Ко второй группе можно отнести
датчики Холла из германия и кремния, температурные
характеристики которых сильнее всего зависят от выбора
режима работы. При работе с малыми сопротивлениями
Rw и R эти датчики обладают весьма большими значе-
ниями коэффициентов Т и Ф — порядка \%/град. Зато
при больших величинах Rw и R германиевые и кремние-
вые датчики обладают наилучшими среди рассматривае-
мых материалов температурными зависимостями.
К третьей группе относятся датчики Холла, изготовлен-
ные из трех оставшихся материалов: InAs, InAsio,ePo,4>
InAso,8Pp,2- 'Они отличаются слабой зависимостью темпе-
%/град
е)
циентов ’Р и Ф от параметров рабочей схемы
изготовленным:
InAs0,eP0,4: «-«3 lnAs0eP02 (Л. 247].
153
ратурных характеристик от выбора режима работы И
имеют достаточно малые значения коэффициентов и
Ф — порядка 0,l°/ojepad — во всем интервале изменения
Rw и R.
В большинстве практических применений датчиков
Холла в измерительной технике бывает достаточно, что-
бы температурный коэффициент выходного напряжения
или тока не превышал 0,1%/град. Лишь в особых слу-
чаях требуется более слабая зависимость от температу-
ры. На рис. 7-13 отмечены штриховкой области, в грани-
цах которых значения коэффициентов Чг и Ф лежат
в пределах 0,1—0,2%Уград.
Из сказанного вытекают следующие выводы:
1. Датчики Холла из материала, принадлежащего
к первой группе — антимонида индия, не следует приме-
нять для измерений ввиду сильной температурной зави-
симости выходного напряжения. Однако другие достоин-
ства этих датчиков, например малое напряжение шумов,
возможность получения малых паразитных напряжений
(остаточного напряжения), что связано с наименьшим
значением удельного сопротивления InSb, приводят к то-
му, что в некоторых случаях оправдывает себя примене-
ние сложных термокомпенсационных схем или термоста-
тирования, делающее возможным использование датчи-
ков Холла из антимонида индия.
2. Датчики Холла, изготовленные из материалов, от-
несенных к третьей группе (InAsi и InAsP), с точки зре-
ния температурных зависимостей не предъявляют ника-
ких особенных требований к режиму работы схемы. При
обычных значениях сопротивления нагрузки и внутрен-
него сопротивления источника питания коэффициенты
'Г и Ф для этих материалов меньше 0,2%'/град. При
сравнении InAs и InAsP следует отметить, что послед-
ний из этих материалов при близких температурных ха-
рактеристиках обладает в 2 раза большей величиной Rh
(что способствует увеличению чувствительности датчика),
а также меньшей зависимостью Rx от напряженности
магнитного поля (ввиду более низкой подвижности но-
сителей тока).
3. Наиболее сложным является вопрос о применении
материалов с большим удельным сопротивлением, отно-
сящихся ко второй группе, — германия и кремния. Глав-
ным их достоинством является значительно большая чув-
ствительность датчиков Холла (в германии и кремнии
154
по сравнению с интерметаллическими материалами /?н
больше в 20—100 раз). В то же время важным их не-
достатком является сильная восприимчивость к измене-
нию режима работы, поскольку в крайних случаях вели-
чина коэф.фициентов Т и Ф может меняться на три по-
рядка (от 10~3 до 1%/град). Поэтому при необходимости
иметь значения Ф и Ф в пределах 0,1—0,2%/град воз-
никают жесткие требования к параметрам схемы, в ко-
торой работает датчик Холла. Требование большой ве-
личины сопротивления нагрузки означает необходимость
работы с ламповыми, транзисторными или компенсацион-
ными схемами. Не меньше затруднений можно встретить
при обеспечении нужной величины сопротивления в це-
пи питания, которое должно быть не меньше 1 ком в слу-
чае германия и 10 ком в случае кремния. Это требует
применения соответствующих схем питания и является
очевидным недостатком, в значительной мере определяю-
щим высокую стоимость всей схемы в целом. .
Рассмотрим теперь температурные характеристики
датчика Холла с учетом остаточного напряжения (рези-
стивного и нелинейного). Как и в первой части этого раз-
дела, рассмотрим сначала работу датчика Холла в ре-
жиме холостого хода. Пользуясь обозначениями, при-
веденными на рис. 7-10, можно для составляющих выход-
ного напряжения (7-2) написать следующие зависимости:
г, _____ ЕВ .
с Rx Rw
гр —Е - г'°
U Rx + Rw’
JJ4 ---- РаЫ 1_____________
V ТО (Rx + Лте)2 •
Нужно определить следующее выражение:
(7-16)
(7-17)
(7-18)
1 dUv _ 1 dUyH i dU,y j du„v _
Uv dT ~ Uv dT г Uy dT T'Uy dT
Дифференцируя (7-16) — (7-18), получим следующие
выражения для отдельных слагаемых:
I dlJyH __ Руп f о R,
dT Uy
1 dU'y__ U'y Rw
' Uy dT Uy Rx + Rw a>
1 dU"v _ U"v 2RX
U4 dT Uv \RX + R„ a-
(7-19)
(7-20)
(7-21)
(7-22)
155
Отсюда получаем следующую зависимость для тем-
пературной характеристики датчика Холла:
m 1 dUv UуН (п Rx
Uy dT Uy v Rx 4- Rw
U'y Rw __ U"y 2Rx
Uy Rx 4- Rw Uy RxRw
(7-23)
При работе датчика Холла с отбором тока 1у
(рис. 7-11) этот ток выражается в виде суммы
I"у (7-24)
Отдельные слагаемые подчиняются зависимостям
fyn ==• ~Т~ (Rx + Rw)(Rv + R) ’ <7’25)
(Rx +,Rw)(Rv 4- R); <7’26)
(₽х 4-/?w)=(7?w 4- R}- (7'27)
Тогда температурная зависимость выходного тока бу-
дет иметь следующий вид:
ф_____* —1 ун\о____( Rx t Ry \ „14-
. dT fy P kflx4-flw + Яи4-К J J
I м f Rw Ry \ л !"у / Rx । Ry „
!y \R* + Rw Ry + R ) !y {Rx + Rw^ Ry + R) '
(7-28)
На рис. 7-14 приведены примеры характеристик 4* =
— f(Rw) для германиевого датчика Холла со следующи-
ми свойствами:
у=1 ela-кгс, /?х=100 ом, р=—0,03%'/гра<3, а=
= О,5°/о/гра<9, rzo = 0,l в/а, к'т = 0,2 в/а2.
Расчеты приведены для величины индукции поля В —
= 1 кгс и управляющего тока /ж = 50 ма [Л. 252]. Обозна-
чения кривых на рисунке соответствуют температурным
коэффициентам: Чгн — холловского напряжения, Т' —
резистивного остаточного напряжения и Т" — термиче-
ского (квадратичного) остаточного напряжения. Из это-
го рисунка, так же как и из анализа уравнений (7-23)
и (7-28), следует что влияние термического остаточного
напряжения на температурные характеристики датчика
156
Холла обычно мало. В то же время влияние резистивно-
го остаточного напряжения на величину коэффициента
W может привести к существенному изменению хода тем-
пературной характеристики выходного напряжения, осо-
бенно при больших Rw (когда W имеет малые значе-
ния) и даже изменить знак коэффициента W. Графики
чэ рис. 7-14 построены в предположении, что все три
Рис. 7-14. Зависимость температурного коэффициента напряжения
Холла Фи от Rw с учетом температурных коэффициентов Ф' и Чг",
относящихся к резистивному и термическому -остаточным напряже-
ниям, в германиевом датчике Холла:
у=1 ela-кгс. r'o=O,l e/a; fe'TO=0,2 в/а!; /?х=100 ом- /х=-50 ма;В-1 кгс, а=
=0,5%/гра<5; Р=0,03%/гра<?.
напряжения UyH, U'y, U"y имеют одну и ту же поляр-
ность. На практике, однако, могут иметь место любые
комбинации этих полярностей и коэффициенты Th, V'
и V" могут складываться различно.
7-5. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
При анализе частотных характеристик датчиков Хол-
ла следует рассматривать следующие эффекты:
1) ограничение изменений холловского напряжения
времени релаксации основных носителей,
2) скин-эффект,
3) возбуждение вихревых токов в пластине,
4) индуктирование переменного напряжения в выво-
дах,
б) влияние емкости и индуктивности схемы.
1. Частотная характеристика ограничивается време-
нем установления э. д. с. Холла после приложения маг-
нитного поля или напряжения питания. В полупровод-
157
никовых материалах, применяемых для построения дат-
чиков Холла, это время весьма мало и лежит между
10-11 и 10~13 сек, что соответствует частотам от 100 Ггц
до 10 Тгц. Можно считать, что время релаксации носите-
лей тока практически не ограничивает частотной зависи-
мости датчика Холла.
2. Влияние скин-эффекта на явление Холла рассмо-
трел Кремер [Л. 262]. С практической точки зрения скин-
эффект приводит к изменению эффективной толщины
полупроводниковой пластины в зависимости от частоты,
в результате чего возникает зависимость характеристик
датчика Холла от частоты. Математический анализ это-
го явления весьма сложен и сделан лишь приближенно.
Трудности усугубляются тем фактом, что в случае пи-
тания датчика переменным током высокой частоты и
использования постоянного магнитного поля (как, напри-
мер, в изоляторах или циркуляторах, см. § 19-7) воз-
никает эффект Фарадея. Он заключается в повороте
плоскости поляризации микроволнового поля в полупро-
водниковом материале. Этот вопрос изучал Барлоу
[Л. 16]. Анализ Кремера приводит к заключению, что
влиянием скин-эффекта можно пренебречь, если тол-
щина пластины датчика мала по сравнению с глубиной
нормального проникновения поля, которая определяется
формулой
s=l/at’ Р'29»
где цт— магнитная проницаемость.
Экспериментальное исследование этого эффекта осу-
ществлено в работе [Л, 281] на обычных датчиках Холла
из арсенида индия, где показано, что в области частот
от 0 до 50 Мгц не заметно влияния скин-эффекта на на-
пряжение Холла (точность измерений составляла 15%').
В то же время для приборов, работающих на частотах
порядка гигагерц, приходилось изготовлять полупровод-
никовые пластины толщиной около 10 мкм, чтобы сде-
лать пренебрежимо малым вклад скин-эффекта в напря-
жение Холла [Л. 262].
3. Изучением вихревых токов, возникающих в дат-
чике Холла при работе в переменном магнитном поле,
занимались Курт, Липман и Виль [Л. 281]. Они получи-
ли теоретическое выражение для зависимости холлов-
ского напряжения от частоты в случае, когда датчик
158
Холла окружен материалом с высокой магнитной про-
ницаемостью. Они рассматривали пластину бесконечной
длины, но одновременно показали, что обычный датчик
Холла с токовыми контактами, припаянными но всему
торцу пластины, эквивалентен в данном случае пластине
с бесконечной длиной. Ход линий вихревых токов в обоих
Рис. 7-15. Схема возникновения вихревых токов в холловской пла-
стине [Л. 28U.
а —пластина бесконечной длины; • б — прямоугольная пластина; в — прямо-
угольная пластина с контактами, обладающими малым сопротивлением.
этих случаях, а также в случае прямоугольной пласти-
ны без контактов схематически показан на рис. 7-15
[Л. 281].
Полученная зависимость э. д. с. Холла от частоты
имеет следующий вид:
= /' + ЛГ (7-30)
где — магнитная проницаемость, а <р — фазовый сдвиг,
подчиняющийся зависимости
tg? = -(7-31)
Зависимости (7-30) и (7-31) справедливы при малых
индукциях (В<500 гс и {<1,5 Мгц).
Из анализа приведенной зависимости можно сделать
следующие выводы:
а) линейность характеристик UyH=f(!x> В) при изме-
нении частоты сохраняется;
б) очень важным параметром, сильно влияющим на
величину UyH, является ширина холловской пластины;
в) напряжение Холла с увеличением частоты растет.
На рис. 7-16 показана экспериментальная частотная
характеристика выходного напряжения для датчика Хол-
ла, изготовленного из арсенида индия {(7 = 240 (ом см) ~1,
6 = 0,6 см] и помещенного в щель ферритового сердечни-
ка так, что воздушный зазор отсутствовал. Установлено,
что на частоте 1,5 Мгц прирост напряжения UyH соста-
вил ~ 35%’
159
Этот прирост меньше теоретического, так как при тео-
ретическом анализе не учитывались особенности- конст-
рукции датчика Холла. В то же время датчик с шириной
0,3 см уже не обнаруживал зависимости выходного на-
пряжения от частоты вплоть
до 1,5 Мгц. Такие же изме-
рения с датчиком Холла,
имеющим ширину 0,6 см, но
проведенные при наличии
воздушного зазора 1,2 мм
между ферритом и датчи-
ком, также показали отсут-
ствие зависимости иун от
частоты.
Следует еще рассмотреть
Рис. 7-16. Частотная характе-
ристика датчика Холла из
InAs, помещенного в щель
между ферритами [Л. 281].
влияние частоты на допу-
стимую величину управляющего тока. Наводимые в пла-
стине под действием переменного магнитного поля вихре-
вые токи выделяют в ней добавочную мощность. Поэто-
му мощность, получаемая пластиной от источника пита-
ния, должна быть уменьшена на величину мощности,
выделяемой -вихревыми токами. Курт, Липман -и Виль
[Л. 281] вывели теоретическое выражение для мощности,
рассеиваемой вихревыми токами в пластине датчика
Холла, находящегося в зазоре между ферритами и в воз-
душном зазоре. Эти зависимости имеют следующий вид:
для датчика в зазоре между ферритами
acBl f Ь . Ь\
~ sh ~D - Sin ~D j'
где
/r-p.mof *
(7-32)
(7-33)
для датчика в воздушном зазоре d 1 мм
PWI9 — ^-^bscB30f>. (7-34)
Например, в датчике типа FA24 при f=l Мгц и В —
= 1 гс Рвтр, рассчитанная по уравнению (7-34), равна
0,1 мет. t
4. Следующей причиной искажения частотной харак-
теристики датчика Холла (при работе в переменных маг-
160
ниТных полях) является наведение паразитной э. д. с.
в токовых и холловских выводах. Величина этой э. д. с.
определяется уравнением
£7 =—(7-35)
ув dt dt ' '
где Ф—магнитный поток, s — эффективная площадь
петли, образованной холловскими выводами датчика и
пронизываемой магнитным полем.
В случае синусоидального изменения индукции По
времени формула (7-35) приобретает вид:
£7^=2фВмакссоз2гД. (7-36)
Примеры правильного и неудачного расположения
холловских выводов датчика показаны на рис. 7-17.
В обычных датчиках Холла, в которых холловские вы-
воды располагаются, как показано на рис. 7-17,6, эффек-
Рис. 7-17. Способы расположения выводов
в датчике Холла.
а — расположение, приводящее, к большой петле;
б — петля, минимальной площади; © — расположе-
ние выводов в датчике, работающем на высоких
частотах.
тивная площадь петли лежит в пределах 0,02—0,06 см2.
В то же время, выбирая способ укладки выводов отдель-
но для каждого датчика в конкретной магнитной систе-
ме, можно добиться, чтобы величина s была 10-4 см2
[Л. 474]. Если датчик Холла предназначен для работы
в области очень высоких (радио-) частот, то следует раз>
мещать выводы, как показано на рис. 7-17,в. Такая
разводка холловских выводов в противоположные сто-
11—1401 161
роны позволяет так размещать их в магнитной цепи,
чтобы напряжения, наведенные в отдельных частях кон-
тура, взаимно уничтожались. Способ выбора расположе-
ния петли с целью уменьшения индуктированного на-
пряжения предложили Володковский, Магидсон и Чуд-
новский [Л. 569 и 628].
Хартель [Л. 184] и Богомолов (Л. 547] рассматрива-
ли различные схемы компенсации напряжения UyB. Они
рекомендуют схему, показанную на рис. 7-18. На поверх-
ности датчика Холла размещаются добавочные петли,
в которых наводится напряжение, находящееся в про-
тивофазе с напряжениями, индуктируемыми во входной
пряжения U'yB [Л. 547].
сматриваться не будет,
соба монтажа датчика
и выходной цепях датчи-
ка, с которыми эти петли
соединены последователь-
но. Компенсации добива-
ются как подбором пло-
щади петель, так и под-
бором резисторов в дели-
телях напряжения.
Влияние паразитных
емкостей и индуктивно-
стей схемы особо рас-
Это влияние зависит от спо-
Холла в схеме, ввиду чего
следует соблюдать обычные правила монтажа, извест-
ные в радиотехнике.
7-6. ШУМЫ
Уровень наших знаний о шумах в полупроводниках
вообще, а особенно в датчиках Холла не настолько удов-
летворителен, чтобы можно было однозначно сравни-
вать уровень шумов в интересующих нас датчиках Хол-
ла, изготовленных из разных материалов. Для начала
приведем классификацию шумов. Шумы в полупровод-
никах можно разделить на три группы [Л. 516].
1. Тепловые шумы — возникают из-за локальных
флюктуаций концентрации носителей тока. Ван дер Зил
предложил называть такие шумы в полупроводниках
диффузионными шумами, так как они проистекают из-за
флюктуации скорости диффузии носителей тока.
2. Дробовые или генерационно-рекомбинационные шу-
мы—как следует из названия, определяются флюктуа-
162
циями скорости генерации, рекомбинации и захвата носи-
телей тока (т. е. механизмов, ответственных за концен-
трацию носителей тока). Характерной чертой таких шу-
мов является независимость их от частоты. Однако они
зависят, между прочим, от времени жизни неосновных
носителей тока [Л. 696].
3. Шумы Iff (фликкер-шумы)—характеризуются
спектром мощности, пропорциональной где f — часто-
та, а п — показатель степени, лежащий в пределах 1<
<и< 1,5. О происхождении этих шумов известно меньше
всего. Этот вид шумов
имеет место даже в мо-
нокристаллических об-
разцах с «нешумящи-
ми» контактами. Де-
формация кристалла
приводит к увеличению
амплитуды этих шумов.
На уровень такого шу-
ма влияет также ха-
рактер обработки по-
верхности.
В полупроводниках,
применяемых для изго-
товления датчиков Хол-
ла, и особенно в интер-
металлических соедине-
Рис. 7-19. Характеристика напряже-
ния шумов в холловской пластине
[Л. 56].
ниях тепловой шум играет относительно небольшую
роль (ввиду малых удельных сопротивлений). Большую
роль зато играют шумы 1/Д которые могут быть на 3—4
порядка больше уровня остальных шумов. Доказатель-
ством этого могут служить результаты исследований
Брохфи и Ростокера (Л. 56]. Эти авторы показали, что
в образцах германия с удельным сопротивлением р=
= 10 ом-см напряжение Холла вызывает увеличение на-
пряжения шумов типа 1/Д На рис. 7-19 приведены дан-
ные, полученные упомянутыми авторами. Кривая / соот-
ветствует уровню шумов при /ж=0, который определяет-
ся тепловыми шумами и шумом усилителя. При включе-
нии управляющего тока уровень шумов возрастает в ре-
зультате влияния остаточного напряжения, а при вклю-
чении магнитного поля напряжение шумов линейно воз-
растает с увеличением индукции (т. е. так же, как и
холловское напряжение).
И* 163
В [Л. 596] приведены результаты измерений отноше-
ния UynlUsz в зависимости от силы тока через датчик.
При В =1600 гс максимальные значения этого отноше-
ния для различных материалов были равны:
р—Ge—26-103;
Hg'Se—10 • 103; -
HgTe—3-103.
В датчиках Холла из InSb и InAs такие исследова-
ния не проводились. Хиронимус и Вайс {Л. 193] прини-
мали, что минимальный уровень холловского напряже-
ния, доступный для измерения с учетом шумов, для InSb
составляет 0,1 мкв. Исследования Оливера [Л. 361],
к а также Сьютса, Шмица и Тэрьюна {Л. 456а] подтверди-
ли, что антимонид индия имеет наименьшие шумы среди
известных полупроводников.
Следует, однако, подчеркнуть, что в настоящее время
’ в большинстве случаев порог чувствительности датчиков
Холла ограничивают не шумы, а другие вредные эффек-
ты, существующие в датчиках (например, термическое
остаточное напряжение, температурные и частотные за-
висимости).
Глава восьмая
СВОЙСТВА МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
Как уже было показано в § 5-7, начальное сопротив-
ление магниторезистора Во определяется материалом и
используемой конструкцией..Большинство до сего време-
ни опубликованных работ или проспектов фирм отно-
сится к самым простым по конструкции магниторезисто-
рам, начальное сопротивление которых колеблется от 0,1
до 2 ом. Только упоминавшиеся уже магниторезисторы,
многократно описанные Вайсом [Л. 493], имеют началь-
ное активное сопротивление порядка нескольких десят-
ков ом.
Основной характеристикой магниторезистора являет-
ся зависимость R = f(B). Эта зависимость в интервале
малых магнитных индукций квадратична относительно В,
тогда как при больших значениях В практически линей-
164
на. На рис. 8-1 и 8-2 показаны характеристики магнито-
резисторов, выполненных из InSb (тип MS41 — Ohio
Semiconductors [Л' 388]) и из InAs [Л. 135]. Здесь четко
видна 'разница в увеличении активного сопротивления
Рис. 8-1. Характеристи-
ка R=f(B) для магни-
торезистора типа HS41
[Л. 3881.
Др/р—f(B) для магниторе-
зистора из InAs [Л. 135].
обоих материалов. Характеристикой, подобной приведен-
ной на рис. 8-1, обладает магниторезистор GT1 [Л. 240],
однако он имеет меньшее начальное сопротивление.
’Температурные характеристики названных магниторе-
зисторов показаны на рис. 8-3 и 8-4, причем характери-
стики на рис. 8-4 относятся к квадратной пластине (верх-
Рис. 8-3. Температурные характери- Рис. 8-4. Температурные ха-
9™ки магниторезистора типа HS41 рактеристики магниторези-
1Л. 3881. стора из InAs (Л. 135].
165
няя кривая на рис. 8-2). Температурные коэффициенты
активного сопротивления магниторезистора составляют:
для InSb примерно 1%/град, а для InAs примерно-^
0,2% !град. Вайс [Л. 493] описал магниторезистор FP50,
Рис. 8-5. Частотная зависи-
мость эффекта магннтосо-
противления в пластине из
InSb [Л. 66].
выполненный из InSb, с мень-
шей зависимостью активного
сопротивления от температуры.
Средний коэффициент состав-
ляет около 0,12%!град.
В работах (Л. 66 и 394] со-
общается о частотной зависи-
мости явления магнитосопро-
тивления в InSb и InAs. Иссле-
дования были выполнены в по-
стоянном магнитном поле при
питании образца (диска Кор-
бино или прямоугольной пла-
стины) током высокой частоты.
На рис. 8-5 (Л. 66] показаны
результаты измерений на пря-
моугольной пластине из InSb
6X3X0,15.w.w, о = 90 (сш • см)-1,
Т—22°С]; видно, что значение Rb/Ro при /=600 Мгц
уменьшается примерно в 2,5 раза. На рис. 8-6 и 8-7 при-
ведены результаты, относящиеся к магниторезисторам из
InAs. Рисунок 8-6 относится к образцу в виде диска Кор-
Рис. 8-6. Частотная зависи-
мость эффекта магннтосо-
противления в образцах
с формой диска Корбиио
{Л. 66).
166
Рис. 8-7. Частотная зависи-
мость эффекта магнитосо-
противления в прямоуголь-
ной пластине из InAs
[Л. 66].
бино; при частоте /=10 Мгц не видно разницы в ходе
характеристики Rb/Ro по сравнению с f=0, тогда как
в случае прямоугольного образца размерами 6Х4Х
Х0,46 мм (рис. 8-7), при той же самой толщине, что и
у диска Корбино, разница в ходе характеристик при
[=0 и /'=10 Мгц составляет около 10%.
Глава девятая
КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ДРЕЙФА
Из температурных характеристик датчиков Холла, описанных
в § 5-5 и 7-4', следует, что не во всех случаях можно получить тем-
пературные свойства, соответствующие заданным требованиям. Этих
недостатков датчиков Холла можно частично избежать, используя
схемы термокомпенсации. Однако необходимо подчеркнуть, что в ре-
зультате улучшения параметров датчиков Холла проблема компен-
сации влияния температуры не играет уже такой роли, как в 1956—
1960 гг. В настоящее время высокий уровень технологии датчиков
Холла, изготовляемых из InAs и InAsP, позволяет получать точ-
ность датчиков Холла в пределах 1—2% в интервале температур
±20° С. Этого же можно добиться, схемно компенсируя влияние
температуры и в случае датчиков Холла из InSb [Л. 416]. В случае
германиевых и кремниевых датчиков Холла применение источников
питания с большим внутренним сопротивлением также позволяет
выполнить указанные условия. Отсюда видно, что схемная компен-
сация влияния температуры должна применяться в основном для
датчиков Холла из InSb, которые в некоторых случаях незаменимы.
Если возникает необходимость обеспечения большой точности
схем, в которых применены другие датчики Холла, использование
термокомпенсационных схем также бывает неизбежным.
Компенсацию влияния температуры на выходную характеристн-
Гку датчика Холла можно получить при включении в схему элемента
с ограниченным и известным значением температурного дрейфа.
Компенсирующий элемент может быть включен во входную или вы-
ходную цепь последовательно или параллельно. При этом может
быть скомпенсировано изменение как выходного напряжения (если
активное сопротивление нагрузки гораздо больше активного сопро-
тивления датчика Холла R//?>Ry), так и выходного тока (когда
R~RV). Могут применяться также смешанные компенсационные
схемы.
Выбор компенсационной схемы зависит от условий работы дат-
чика Холла. Компенсацию во входной цепи рекомендуется исполь-
зовать там, где входным сигналом является магнитное поле, а ток
служит для установки рабочей точки. Потери в компенсирующем
элементе покрываются источником питания, а не за счет полезного
сигнала. Отсюда следует, что компенсация во входной цепи обычно
должна применяться в схемах измерения напряженности магнитного
поля.
Компенсацией в выходной цепи пользуются в случае, когда ток
1х является входным сигналом (например, при использовании пере-
множающих свойств датчика Холла). Тогда мощность, которая рас-
167
ходуется на резисторе R„, будет гораздо меньше той, что расхо-
дуется во входной цепи.
Выбор последовательного или параллельного включения элемен-
та компенсации зависит от возможности нагружения датчика Холла
и величины компенсирующего резистора. В схемах с низкоомными
датчиками Холла, потребляющими большие токи 1Х, выгоднее ис-
пользовать параллельные схемы с RK>RX, нз-за чего мощность,
расходуемая в резисторе RK, будет небольшой. При использовании
датчиков Холла .с большими активными сопротивлениями выгоднее
будет последовательная компенсация с помощью элемента, обладаю-
щего малым активным сопротивлением и большим температурным
коэффициентом. Аналогично решается проблема компенсации для
выходной цепи.
Если компенсация осуществляется в интервале температур, в ко-
тором температурные изменения характеристик датчика являются
монотонными и приблизительно линейными, то в качестве элементов
компенсации можно использовать проволочные резисторы с монотон-
но изменяющимся сопротивлением. В случае нелинейных изменений
в качестве компенсирующих элементов часто используют полупро-
водниковые материалы. Важным условием является необходимость
соблюдения одинаковых тепловых условий для датчиков Холла и
компенсирующих элементов.
Если компенсация влияния температуры не дает удовлетвори-
тельных результатов (очень сложная схема, большие нелинейности
коэффициентов а и р или недостаточная точность компенсации),
используется термостатирование датчика Холла. Оно может быть
реализовано при помощи обычного лабораторного жидкостного тер-
мостата с наружной циркуляцией, из которого термостатирующая
жидкость подводится к контейнеру, содержащему датчик Холла.
Температура термостатирующей жидкости может быть равна окру-
жающей температуре или ниже (если используется, например, смесь
спирта с сухим льдом).
Второй вариант основан на помещении датчика Холла в нагре-
вателе, в котором будет находиться также термочувствительный
элемент (например, терморезистор), и термостатирование будет ос-
новано на поддержании датчика Холла при постоянной температуре,
но большей, чем температура окружающей среды. Это может быть
связано с ухудшением условий работы датчика Холла и прежде
всего. с ограничением значения тока /х и уменьшением чувстви-
тельности.
В отношении датчиков Холла, изготовленных из InSb, особенно
выгодным было бы термостатирование в сосуде, заполненном жид-
ким азотом (Т’=78°К). Кроме точного поддержания постоянства
температуры, соответствующей температуре кипения азота, при
этом достигается такое улучшение свойств датчика Холла, какого
невозможно получить ни в одном из известных до настоящего вре-
мени полупроводниковых материалов (см. § 3-3). Этот способ до-
вольно сложен, но на практике он используется, что дает возмож-
ность получать необычайно высокую' чувствительность и выходное
напряжение датчика Холла.
Основным недостатком термостатирования является, очевидно,
необходимость увеличения размеров конструкции с датчиком Холла,
что в ряде применений неприемлемо. В случае применения перемно-
жающих узлов можно термостатировать всю схему совместно с маг-
нитной цепью. Струг [Л. 450] указал на возможность термостати-
168
рования датчика Холла без увеличения его размеров. Действитель-
но, в случае датчиков Холла, изготовленных из материала с боль-
шим температурным коэффициентом сопротивления а, можно ис-
пользовать сам датчик Холла как термостатирующий элемент. Для
этого через датчик Холла дополнительно пропускается ток с ча-
стотой, отличной от частоты управляющего тока 1Х, и используется
управляющая схема, работающая избирательно на «термостатирую-
щей» частоте, но на то же самое сопротивление Rx. Очевидно, что
этот метод приводит к ограничению величины тока 1Х, а значит, и
чувствительности датчика Холла, но тем не менее применение его
в некоторых случаях может быть целесообразным.
Глаьа десятая
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДАТЧИКА ХОЛЛА
Этой проблема уделялось до настоящего времени сравнительно
мало внимания, о чем свидетельствует небольшое количество работ,
в которых рассматривалась эквивалентная схема датчика Холла.
Основной является работа Курта
торы сформулировали уравнение
датчик Холла. Пользуясь обо-
значениями, приведенными на
рис. 10-1, можно описать этот
четырехполюсник следующей
системой уравнений:
и Хартеля [Л. 280], в которой ав-
четырехполюсника, описывающего
Рис. 10-1. Схема четырехполюсни-
ка, замещающего датчик Холла
(Л. 280].
(J2 Х2 j/j “Ь ^22^2.1
Зная основные свойства
датчика Холла из гл. 5 и 7,
можно легко определить компоненты матрицы импеданса рассматри-
ваемого четырхполюсника.
Из условия /з=0 следует, что Uz=Uvn (э. д. с. Холла, а также
U. И
Z,, = T-[|/a=0=^B- <10-2)
где индекс В означает, что входное сопротивление Rx зависит от
индукции В, и
^21 =т= "з I = у0В. (10-3)
м I /2=о
Из условия /х=0 следует, что напряжение Ui = Uxb (вторичная
э. д. с. Холла), а также, что
7
Zi2 = -T- — — у0В;
'2 л=о
иг I •
t- I — КцВ‘
•г |/х=0 v
(10-4)
(10-5)
169
В связи с этим можно написать
Ui — Rxb^' |
} (10-6)
^2 — Ч/lBIt + Ryglz- )
Очевидно, что будут справедливы следующие равенства: Л=/х>
/г=/1/. Матрица сопротивления, описывающая датчик Холла, будет
II 2ЭКВ П =
Rxb 'о в
ЧцВ RyB
(Ю-7)
Анализ датчика Холла продолжили затем Эндсли и сотрудники
[Л. 115], а также Мото [Л. 339]. Основные параметры четырехпо-
люсника, т. е. полные входное и выходное сопротивления, а также
коэффициенты усиления по току и по напряжению выражаются
следующими зависимостями;
AZ-|-ZnZ
ZBX = Z22 + Z >
(10-8)
AZ 4- Z„Z„,
/вах“ zn+zw ’ (10-9)
Z22Z
kv — AZ-|~ZnZ’ (10-10)
, _—Zgl Z22 + Z ’ (10-11)
где AZ=ZhZ22—2i2Z2i, Z — сопротивление нагрузки, Zw — внутрен-
нее сопротивление источника питания, kv — коэффициент усиления
по напряжению, k, — коэффициент усиления по току.
Для постоянного тока или переменного тока низкой
импеданс и усиление в идеальном датчике Холла будут
щими:
_ BxeRyB-^ + R^R .
вх“ ByB + R
7 R^b-^ + V- •
вых“ Rxb + Bw
.____________RB__________
RxBByB-^ + RxBR
, _ Гоб
ByB + R'
Параметры конкретного датчика Холла, описываемые
мостями (10-12)—(10-15), будут функциями магнитной индукции и
параметров схемы, с которой совместно работает датчик Холла
(Rw и /?). Мото [Л. 339] предложил эквивалентную схему датчика
Холла, показанную на рис. 10-2, соответствующую матрице сопро-
тивления (10-15), а также зависимостям (10-10)—(10-15).
170
частоты
следую-
(10-12)
(10-13)
(10-14)
(10-15)
завися-
Рис. 10-2. Эквивалентная схема датчика Холла [Л. 339].
Проведенные рассуждения относятся к идеальному датчику
Холла. Затруднения появляются при учете некоторых вредных явле-
ний, имеющих место в датчиках Холла (например, остаточного
напряжения). Варша [Л. 484] и Кончиц ЦЛ. 612] рассматривали
Рис. 10-3. Эквивалентная схе-
ма датчика Холла, применяе-
мая для определения величины
сопротивления, компенсирую-
щего остаточное напряжение
[Л. 484].
датчик Холла в виде .неуравновешенного моста, показанного на.
рис. 10-3. Такой подход позволил аналитически определить величи-
ну сопротивления, компенсирующего резистивное остаточное напря-
жение, в схеме, показанной на рис. 7-7,а. Оно равно:
^К = 4Щ/ (10-16)
Гла^а одиннадцатая '
МАГНИТОПРОВОДЫ ДЛЯ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
И МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
Работа датчиков Холла и магниторезисторов тесно связана
с воздействием на них различных магнитных полей.
Источниками этих полей являются;
а) поля рассеяния магнитопроводов, в которых существует
магнитный поток;
б) поля, образующиеся вокруг проводника с током;
в) соленоиды;
г) электромагниты;
Д) магнитопроводы из постоянных магнитов.
171
Характеристики магнитнотвердых материалов
Марка сплава Вг, гс Wc, э 1В//>маке’ 10е гС’Э
ЮНД4 5 000 500 0,9
ЮНДК15- 7 500 600 1,5
ЮНДК24 12 300 550 4,0
ЮНДК25А 13 300 675 6,6
ЮНДК25БА 12 800 775 6,6
ЮНДК35Т5 8 000 1 500 4,0
ЮНДК40Т7 7 500 2 000 5,0
1БИ 2 100 1 700 2,4
2БА 3 300 2 600 3,2
Характеристики магнитномягких материалов
Материал, марка Минимальная толщина пластин, мм Н , э с’ ВГ, гс
Сталы Э340 0,05 <0,3
Э44 0,1 <0,3 —
Пермаллой: 45Н 0,02 0,4
50НХС 0,02 0,25 —
79НМ 0,02 0,05 .—
80НХС 0,02 0,05 —
76НХД 0,02 0,06 —
Супермаллой 0,36 (3—9)-10-3 3 400
Мюметалл 0,36 0,025 2 100
Железо-армко — 1 ,о 13 000
Пермендюр — 2,0 14 000
Феррит: 1500НМ2 0,4 970
10ВЧ1 •— 21 780
* Индукция измерена при Н—20 э.
В нижеследующих разделах приведены характеристики важней-
ших и наиболее часто применяемых магнитных материалов, даны
некоторые указания, касающиеся выбора материала и вида магни-
топровода, и обсуждаются важнейшие вопросы, связанные с кон-
струкцией и технологией магнитопроводов как электромагнитных,
так и из постоянных магнитов.
Более широкое рассмотрение вышеуказанных вопросов читатель
найдет в литературе, посвященной магнитопроводам из магнитно-
мягких и магнитпотвердых материалов.
172
Таблица 11-1
р, ом-см Плотность, г,'см* Максимальная рабочая темпе- ратура, °C Температурный коэффициент, %1град
63-10-6 65-10-6 (45—50)- 10-е (45—50)- Ю~6 (45-50)-10-’ (45—50)- 10~в (45—50) 10~° >10s >105 6,9 7,1 7,3 7,35 7,4 7,3 7,3 4,6 4,9 450 350 350 500 500 500 500 — (0,01—0,02) —0,2
Таблица 11-2
Bs, гс Начальная про- ницаемость Максимальная проницаемость ^макз р, ОМ-СМ Плотность, г! см*
17 000* 47-Ю-6 7,7
14 000* — — 57-10-в 7,55
15 000 1 700 16 000 45Л0-6 8,2
10 000 1 500 15 000 90- 10-в 8,2
7500 16 000 70 000 бб.Ю-’ 8,6
6 500 18 000 70 000 62-10-0 8,5
7 500 10 000 50 000 57-10-0 8,5
7 900 (55—120). 103 (3-9)-105 65- IO-6 8,8
6 500 30 000 105 000 60- io-6 8,5
21 500 250—500 5 000—7 000 11 -IO-6 7,75
24 500 800 5 000 7- IO-6 8,3
4 150 1 500 3 000 500 4,4
1 400 10 40 >106 4,9
11-1. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И-1-1. МАГНИТНОТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Магнитнотвердые материалы, характеристики которых приведе-
ны в табл. 11-1, составляют только часть материалов, применяемых
в качестве постоянных магнитов; это, однако, важнейшие легко-
доступные материалы, из которых всегда можно выбрать материал,
наиболее подходящий для построения того или иного магнитопро-
вода как с технической, так и с экономической точек зрения.
173
Общепринято деление магнитнотвердых материалов на литые
и ферритовые; литые магниты отличаются большой твердостью, но
одновременно довольно хрупки. После отливки таких магнитов не-
избежно приходится применять механическую обработку, которая
может быть сделана только путем шлифования. Поэтому этим спо-
собом чаще всего изготовляют магниты простой формы.
Ферритовые магниты после изготовления не требуют в принци-
пе дальнейшей обработки. Большим достоинством ферритовых маг-
нитов является их химическая инертность.
11-1-2. МАГНИТНОМЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В-табл. 11-2 собраны характеристики магнитномягких материа-
лов, которые можно разделить на четыре группы, значительно раз-
личающиеся как по параметрам, так и по сферам применения,
а именно:
а) электротехнические стали,
б) пермаллои,
в) железо-армко, пермендюр,
г) ферриты.
В дополнение к данным табл. 11-2 следует помнить о следующих
особенностях ферритовых материалов:
1) низкая температура Кюри (у некоторых материалов уже
около 100° С), а также сильная зависимость магнитных свойств от
температуры;
2) заметная нестабильность свойств во времени;
3) химическая инертность и полная нечувствительность к воз-
действию влажности;
4) весьма малые потери даже на высоких частотах.
11-2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ВЫБОРУ,
ИЗГОТОВЛЕНИЮ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МАГНИТОПРОВОДОВ
11-2-1. МАГНИТОПРОВОДЫ ИЗ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
Характеристики магнитнотвердых материалов, приведенные
в табл. 11-1, дают возможность сделать следующие выводы:
а) наивысшую величину магнитной индукции при данном объеме
магнита можно получить на сплаве ЮНДК25А;
б) наилучшей работоспособностью в случае наличия сильных
внешних паразитных полей либо в условиях разомкнутой магнитной
цепи или большого рабочего зазора обладают ферритовые магниты
1БИ и 2БА;
в) наивысшее значение магнитной энергии в единице объема
магнита обеспечивают сплавы ЮНДК25А и ЮНДК25БА;
г) литые магниты имеют примерно в 10 раз меньший темпе-
ратурный коэффициент магнитной индукции, нежели ферритовые,
и потому их следует применять там, где температура окружающей
среды сильно меняется, а изменения индукции должны быть малы;
д) литые магниты и в особенности анизотропные сплавы
ЮНДК25А, ЮНДК25БА отличаются хорошей стабильностью магнит-
ных свойств во времени;
е) большое удельное сопротивление ферритовых магнитов
побуждает применять их в условиях переменных магнитных полей,
174
которые резко повышают температуру в магнитных системах на
основе литых магнитов вследствие эффекта вихревых токов.
Вообще можно сказать, что литые магниты следует применять
в цепях с малым рабочим зазором при больших значениях индукции
и высоких требованиях к ее стабильности, а ферритовые магниты —
в незамкнутых магнитопроводах при малых индукциях, а также при
наличии сильных паразитных постоянных и переменных магнитных
полей.
Постоянные магниты, выполняемые в виде прямоугольных бру-
сков или в виде цилиндров и предназначаемые для работы в не-
замкнутых магнитопроводах, рассчитываются исходя из кривой
намагничивания материала, размеров магнита (отношение длины
к диаметру цилиндра либо к другому эффективному поперечнику
в случае некруговой формы сечения), а также с учетом зависимости
коэффициента размагничивания от размеров магнита. Упомянутые
данные позволяют найти рабочую точку магнита.
Постоянные магниты более сложной формы, работающие в маг-
нитопроводах с малым зазором, требуется обычно рассчитывать
многократно, постепенно приближаясь к наилучшей форме и разме-
рам магнита (а также всего магнитопровода в целом) и проверяя
при этом данные расчетов экспериментальным путем. Такие расчеты
следовательно, весьма трудоемки и вместо этого лучше всего взять
за основу известные стандартные магнитопроводы, выбрать из них
по форме, размерам и величине индукции в зазоре магнитопровод,
наиболее точно отвечающий поставленным требованиям.
Намагничивание литых магнитов должно производиться в со-
бранных магнитопроводах. Намагничивание этих магнитов перед
сборкой магнитопровода приводит к значительному уменьшению
индукции, достигающему 50% от максимальной величины индукции
для данного магнитопровода. Намагничивающее поле может быть
постоянным, импульсным или представлять часть периода перемен-
ного поля. При импульсном намагничивании магнита с относитель-
но большим объемом следует помнить о том, чтобы длительность
импульса была достаточно большой; возникающие в магните во
время нарастания импульса вихревые токи обладают экранирующим
действием, в результате чего магнит может не намагнититься до
насыщения по всему объему. Весьма желательно, чтобы распределе-
ние силовых линий намагничивающего поля в магните возможно
лучше приближалось к распределению силовых линий «рабочего»
магнитного поля; это особенно важно для анизотропных магнитов.
Ферритовые магниты можно намагничивать перед сборкой, так
как большая величина коэрцитивной силы и малая величина обра-
тимой проницаемости обеспечивают отсутствие потерь индукции.
Большие значения удельного сопротивления ферритовых магнитов
исключают также трудности, связанные с импульсным намагничи-
ванием.
Магниты следует намагничивать несколько раз: первый раз —
в направлении, противоположном рабочему, а затем два или. три
раза — в рабочем направлении.
Напряженность намагничивающего поля должна быть не мень-
ше пятикратной величины коэрцитивной силы магнита, т._ е. для
литых магнитов 3 000—4 000 э, а для ферритовых 6 000—10 000 э.
С момента намагничивания магнитопровод должен размещаться
на расстоянии не менее 10 см от предметов из магнитнотвердых или
магнитномягких материалов.
(75
В некоторых магнитопроводах с литыми магнитами возникает
необходимость получения стабильных магнитных характеристик
(индукции в зазоре) в течение длительного промежутка времени.
В таких случаях на собранный магнитопровод надлежит один или
несколько раз воздействовать одним из следующих способов: а) раз-
магничиванием переменным полем с амплитудой 2—4% Bs в случае
магнитов из ЮНДК24 и ЮНДК25А и 4—7% Bs для ЮНД4;
>б) нагреванием и охлаждением в пределах —20—h60° С (с вы-
держкой в течение по меньшей мере 15 мин при этих температурах)
и в) очень редко—механическим встряхиванием. Затем следует
подвергнуть магнит естественной стабилизации в течение от несколь-
ких дней до нескольких десятков дней (в зависимости от заданной
точности). В результате получаются магниты, стойкие к воздействию
вышеупомянутых факторов (т. е. все возможные изменения, про-
исходящие в стабилизированном магните, являются обратимыми)
за счет уменьшения магнитного потока.
Следует помнить, что если магнит предназначен для построения
магнитопровода с высокой стабильностью, то значения Вг и Нс
должны лежать в границах, указанных изготовителем материала.
Чем меньше эти величины, тем хуже стабильность магнитов.
11-2-2. МАГНИТОПРОВОДЫ ИЗ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ
Магнитопроводы из магнитномягких материалов — это прежде
всего цепи, электрически управляемые (благодаря обмотке на сердеч-
нике) постоянным или переменным током в весьма широком диа-
пазоне частоты; кроме того, они используются как концентраторы
поля, для экранирования и в качестве полюсных наконечников.
Материалы таких магнитопроводов в зависимости от конкрет-
ного применения должны удовлетворять широким и разнообразным
требованиям. Перечислим основные из них.
а) Зависимость магнитной индукции от напряженности
магнитного поля в широких пределах его изменения
должна быть линейной.
Как известно, зависимость характеристики намагничивания
B=f(ff) магнитномягкого материала в большей или меньшей степе-
ни отличается от линейной; это является причиной добавочных оши-
бок в измерительных устройствах.
Для магнитопровода с зазором существует следующая формула,
определяющая величину магнитной индукции в зазоре в зависимости
от напряженности намагничивающего поля:
в« = —tV-’ (п-1)
’ lWFe
где Hm = Iz.
Поскольку при малых зазорах можно принять, что ss=spe, то
получаем, что
в«=-----• О1'2)
, , Fe
176
Если сделать /53>/ге/ц, тогда
= (11-3)
‘s
Это означает возможность получения линейной зависимости
индукции в зазоре от напряженности магнитного поля. Формула
(11-1) позволяет, следовательно, выбирать материал и размеры
магнитопровода в зависимости от заданной линейности.
В магнитопроводах с зазором
сопротивления получение такой же
как и в матнитопроводах без за-
зора, требует гораздо большей на-
магничивающей силы. Благодаря
изменению длины зазора зависи-
мость B=f(tf) может быть ис-
пользована на практике в доста-
точно широком диапазоне напря-
женностей магнитного поля. Изме-
нение наклона характеристики на-
магничивания ведет также и к
уменьшению остаточной намагни-
ченности от ДВГ до АВ; (рис. 11-11),
являющейся источником добавоч-
ных ошибок (остаточная намагни-
ченность есть величина магнитной
вследствие роста магнитного
величины магнитной индукции,
Рис. 11-1. Влияние зазора
в сердечнике на наклон петли
гистерезиса.
------- сердечник без зазора;
----------- сердечник с зазором.
индукции в зазоре магнитопрово-
да в случае, когда напряженность
магнитного поля равна нулю).
Положительное влияние воз-
душного зазора на получение ли-
нейной зависимости 5=Ж) в со-
ответствующем диапазоне изме-
нения напряженности поля и уменьшение ошибки, связанной с оста-
точной намагниченностью, сопровождается, однако, уменьшением
эффективной магнитной проницаемости магнитопровода (так назы-
вается проницаемость материала магнитопровода со щелью).
Формула (11-4) определяет эффективную проницаемость магни-
топровода в зависимости от проницаемости материала, а также от
отношения длины воздушного зазора к длине магнитного контура
(эти длины выражаются в произвольных, но одинаковых единицах)
Р-г=\ 1 I (1М)
Р-
На рис. 11-2 приведены кривые, рассчитанные по формуле
(11-4). Видно, что чем больше отношение la/lve, тем меньшую роль
играет величина проницаемости материала р; это означает, что
в магнитопроводах с большим зазором н в случае, если величина
коэрцитивной силы не имеет существенного значения, следует при-
менять пластины из электротехнической стали вместо дорогих
пермаллоевых.
12—1401 177
б) Величина коэрцитивной силы должна быть мала.
Одним из наиважнейших критериев выбора магнитного материа-
ла является величина коэрцитивной силы, являющаяся мерой маг-
нитного гистерезиса. Наличие магнитного гистерезиса является
причиной ошибок, которые .нельзя скомпенсировать; можно только
уменьшить гистерезис.
На рис. 11-1 величина ошибки, вызванной гистерезисом, опре-
делена, как ДВН, и равна при данной величине намагничиваю-
щей силы Hi разности между величинами магнитной индукции В2
(при уменьшении магнитного поля) и Bi (при увеличении напря-
женности поля).
Диапазон значений коэрцитивной силы материалов, перечислен-
ных в табл. 11-2 (от 0,003 э для супермаллоя до 21 э для феррита
10ВЧ1), вполне достаточен для любых применений. Поскольку обыч-
Рис. 11-2. Влияние зазора на магнитную проницаемость сер-
дечника.
но цена материала тем выше, а его технологичность тем хуже, чем
меньше величина коэрцитивной силы, то при выборе материала
следует руководствоваться критерием наибольшей допустимой ве-
личины коэрцитивной силы.
в) Величина индукции насыщения
должна быть большой.
В мзгнитопроводах, предназначенных для датчиков Холла и
магниторезисторов и в которых желательно получить максимальную
величину индукции, следует применять электротехническую сталь
|7§
F’
Э340, пермаллой 45Н, а лучше Всего железо армко Или Пермендюр.
Однако недостатком двух последних материалов является слишком
малая величина их удельного сопротивления, что в принципе исклю- •
чает применение их в переменных полях.
г) Магнитная проницаемость должна быть большой.
Наибольшую величину начальной и максимальной проницае-
мости имеет пермаллой. Однако, как уже упоминалось в § Н-2-2
и как видно из рис. 11-2, в магнитопроводах с зазором эффектив-
ная проницаемость очень быстро уменьшается с ростом отношения
длины зазора к длине силовой линии в сердечнике. По этой причи-
не применение пермаллоевых сплавов в магнитопроводах с боль-
шим зазором нецелесообразно.
д) Зависимость проницаемости от температуры
должна быть малой.
Если требуется иметь возможно меньшее влияние температуры
на проницаемость материала, то нельзя использовать ферриты.
е) Зависимость проницаемости от частоты должна быть мала.
Металлические магнитые материалы, изготовленные в виде бло-
ков, стержней и пластин, имеют удельное сопротивление от несколь-
ких единиц до нескольких десятков мком см, и в связи с этим
переменное поле вызывает появление .в них относительно больших
вихревых токов. Действие вихревых токов равнозначно наличию
экранов и в присутствии их имеет место спад проницаемости. Умень-
шения влияния вихревых токов добиваются, уменьшая толщину
пластин магнитопровода.
Для определения граничной частоты, при которой проницаемость
уменьшается до 71 % от начального значения, измеренного на по-
стоянном токе или на переменном токе низкой частоты, служит фор-
мула
где fg — частота, кгц-, d — толщина пластины, см\ р — удельное
сопротивление, мком-см.
При частотах порядка 100 кгц толщина пластин должна быть
порядка 0,001 см. Столь тонкие пластины применяются пока,
пожалуй, редко. На практике уже при частотах от нескольких
килогерц до нескольких сот килогерц применяются ферритовые
материалы с удельным сопротивлением в 10’—1012 раз больше, чем
у металлических материалов.
Глава деенадцатая
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА
Быстрое и разностороннее развитие применения дат-
чиков Холла явилось результатом тех многочисленных
преимуществ, которыми обладают датчики Холла; важ-
12* 179
иейшие из них следующие:
1) датчик Холла — в принципе статический элемент,
что, например, при выполнении измерений магнитной
индукции дает ему преимущества перед измерениями,
проводимыми баллистическим или индукционным мето-
дами;
'2 ) датчик Холла есть направленный элемент, так как
выходное напряжение пропорционально нормальной со-
ставляющей вектора магнитной индукции; это позволяет
определять экстремальные значения и распределение
магнитных полей в пространстве;
3) датчик Холла может быть сделан и подвижным
элементом; это преимущество в связи со сказанным вп.2
позволяет построить, например, генератор синусоидаль-
ных колебаний инфранизких частот;
4) малая площадь поверхности (минимальные раз-
меры кристаллических датчиков Холла 0,7X0,7 мм1,
а пленочных порядка 10x10 мкм1), позволяющая про-
изводить измерение в глубоких отверстиях малого диа-
метра;
5) малая толщина (у кристаллических датчиков Хол-
ла вместе с корпусом — порядка 1 мм, а у пленочных
вместе с подложкой — порядка 0,1 мм), позволяющая
выполнять измерения в очень малых зазорах;
6) линейная (в больших диапазонах) зависимость вы-
ходного напряжения от управляющих величин (поля или
тока);
7) простая зависимость выходного напряжения от
произведения двух входных величин;
8) передача сигналов без искажений;
9) широкий частотный диапазон передаваемых сиг-
налов— теоретически от 0 до ~1012 гц;
10) бесконтактная (с помощью магнитного поля) пе-
редача сигналов;
14) возможность применения управляющих полей и
токов постоянных, переменных или импульсных и полу-
чения соответствующего напряжения или тока на вы-
ходе, что дает возможность детектировать, модулировать
и затем получать на выходе сигналы соответствующей
формы « мощности, т. е. преобразовывать сигналы;
12) возможность как непосредственного измерения
выходного напряжения с помощью прибора, компенса-
ционным методом, так и после предварительного усиле-
ния;
180
13) возможность разнообразного Соединения датчиков
Холла (последовательного и параллельного, последова-
тельного и встречного, входными и выходными 'цепями,
гальванического или с помощью магнитного поля);
14) относительно простая и маломощная схема элек-
тропитания (постоянным, переменным или импульсным
током);
15) практически неограниченный "срок службы.
К числу главных недостатков относятся:
1) относительно сложная технология (однородность
материала, контакты);
2) большой разброс параметров в пределах одной
партии датчиков Холла, что вынуждает определять ха-
рактеристики каждого датчика в отдельности и услож-
няет взаимозаменяемость датчиков Холла;
3) зависимость сопротивления и коэффициента Холла
от температуры;
4) зависимость сопротивления и коэффициента Холла
от магнитного поля;
5) наличие остаточного напряжения, в том числе ре-
зистивного и термического, а также напряжения, наво-
димого в выводах переменными полями;
6) нестабильность нуля, как следствие пп. 3<—5;
7) отсутствие общего заземления у входа и выхода
датчика Холла, что затрудняет его совместную работу
с ламповыми (и транзисторными) схемами;
'8 ) малая величина к. п. д.; этот недостаток сущест-
вен лишь в некоторых случаях.
Недостатки эти, однако, в достаточной для практиче-
ских решений степени можно устранить соответствую-
щим выбором электрической схемы, систем компенсации
и т. п.
Ниже описаны почти все известные из опубликован-
ной литературы и полученные из других источников
информации применения датчиков Холла, которые при-
обрели уже характер серийной продукции, как, напри-
мер, измерители магнитной индукции, а также и такие
применения, которые являются пока лишь предложения-
ми, проверяемыми на лабораторных макетах, и техниче-
скими решениями.
В конце 1964 г. можно было назвать несколько де-
сятков различных применений датчиков Холла во многих
отраслях науки и техники.
181
Эти йрймёнёнйя можно систематизировать по ни-
скольким критериям, а именно: ’
1. По характеру непостоянства величины управляю-
щего тока 1Х и магнитной индукции В: г
1) /.T = const, а В — меняется, например, при измере-
ниях магнитного поля;
2) В = const, а 1Х—-меняется, например, в гираторах;
3) 1Х и В изменяются, например, при измерениях мощ-
ности и в множительных устройствах,
2. По роду 1Х и В (постоянный, переменный):
1) Zx_ в_ = иь_-
2) В. =11
3) Л- =
4) = или Uy_.
3. По относительному положению датчика Холла от-
носительно источника магнитного поля:
1) датчик Холла неподвижен, например, в сердечнике
при измерении больших постоянных токов;
2) положение датчика Холла можно менять произ-
вольным способом, например, при измерениях магнит-
ного поля;
3) датчик Холла вращается в магнитном поле либо
источник поля (постоянный магнит) вращается вокруг
датчика Холла, например, в генераторах низкочастот-
ных колебаний;
4) датчик Холла или источник магнитного поля двига-
ется вдоль (прямой линии, например, в измерителях пе-
ремещений;
-5) датчик Холла или источник поля колеблются, на-
пример, при измерениях вибраций (виброускорений).
4. В соответствии с конкретными применениями, как,
например:
1) измерение магнитных величин;
2) измерение электрических величин;
3) измерение неэлектрических величин и т. п.
Глава тринадцатая
ИЗМЕРЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ
ПОЛЕЙ
Метод измерения напряженности магнитного поля
с помощью датчика Холла, будучи первым техническим
использованием эффекта Холла, обладает по сравнению
182
г
с другими методами следующими достоинствами (поми-
мо упомянутых в гл. 1’2):
1) очень широкие пределы измерения — от 10-8 до
105 э;
2) возможность непрерывных во времени измерений,
регистрации и регулирования всякого рода полей—по-
стоянных, переменных и импульсных;
3) материал, из которого сделан датчик Холла, не
искажает измеряемого поля, так как магнитная прони-
цаемость материалов, применяемых для изготовления
датчиков Холла, равна 1; искажения поля могут про-
истекать лишь от влияния управляющего тока, которое,
очевидно, существенно только при измерениях очень ма-
лых индукций;
4) метод позволяет измерять тангенциальную состав-
ляющую напряженности магнитного поля на- поверхности
исследуемых ферромагнитных образцов, а также изме-
рять распределение поля в пространстве;
5) напряжение на выходе датчика Холла пропорцио-
нально индукции измеряемого поля, а не производной от
индукции по времени, как это имеет место, например,
в индукционных методах;
6) простая регулировка чувствительности (и рабоче-
го диапазона измерений) датчика Холла с помощью из-
менения величины управляющего тока позволяет созда-
вать приборы с широкими пределами измерений; напри-
мер, в измерителе, описанном в (Л. 386], диапазон изме-
ряемых значений индукции достигает 5 порядков (от 0—
1 гс до 0—’20 кгс).
13-1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Использование эффекта Холла в полупроводниках
для измерения напряженности магнитного поля не толь-
ко одно из самых первых применений этого эффекта, но
также и основное, наиболее часто встречающееся. При
проектировании и построении измерителя магнитного
поля на датчиках Холла следует принимать во внимание
большинство проблем, возникающих в преобладающей
части остальных применений датчиков Холла. Ниже сде-
лан краткий обзор этих проблем.
А. Пределы измерения датчиками Холла. Уже упоми-
налось, что с помощью датчиков Холла можно измерять
магнитные индукции в диапазоне 10~8—105 гс. При вы-
183
боре типа датчика Холла, электрической схемы и конст-
рукции измерителя следует принимать во внимание одни
соображения для значений индукции, например, 10~5 гс,
и совсем другие — для 103 гс; по этой причине разделим
вышеуказанный полный диапазон на три следующих под-
диапазона.
1. Магнитные поля с индукцией 103—105 гс.
В указанной области магнитных полей напряжение на
выходе датчиков Холла Uy лежит в пределах от несколь-
ких десятков милливольт до нескольких вольт, а мощ-
ность— до нескольких сот милливатт. Эти значения до-
статочно 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 1Х чаще всего берется постоян-
ный— от сухой батареи, аккумулятора или выпрямлен-
ный от сети.
Если имеют место значительные колебания темпера-
туры окружающей среды или большое повышение темпе-
ратуры из-за рассеиваемой в датчике Холла мощности,
то следует использовать датчики Холла, изготовленные
из материала, обладающего малым температурным коэф-
фициентом постоянной Холла, т. е. из InAs или из InAsP.
В случае широкой области сильных магнитных полей
нужно особенно тщательно выбирать материал полупро-
водника и параметры схемы, обеспечивающие линейную
зависимость напряжения Холла от магнитной индукции.
2. Магнитные поля с индукцией 10—103 гс.
В этой области измеряемых индукций можно получить
выходное напряжение Uy в среднем от нескольких сот
микровольт до нескольких десятков милливольт, а вы-
ходную мощность — до десятка и больше милливатт.
Следовательно, еще существует возможность непосред-
ственного измерения постоянного выходного напряжения
с помощью высокочувствительного магнитоэлектрическо-
го прибора с малой потребляемой мощностью (с подвес-
ной подвижной системой). Именно такой измеритель
с нижним поддиапазоном измерения 0—50 э при чувст-
вительности 0,3 э описан в работе [Л. 464].
Чаще, однако, приходится рассчитывать на исполь-
зование компенсационных схем.
184
Изложенные соображения влекут за собой необхо-
димость питания датчика Холла переменным током, уси-
ления и детектирования выходного напряжения. По-
скольку при этом не предъявляются специальные требо-
вания к выходной мощности, а важна лишь наивысщая
вольтовая чувствительность, то можно, кроме датчиков
из InAs и InAsP, применять также датчики Холла из
германия п-типа.
Если измеряемое поле занимает достаточно большой
объем и допустимы некоторые искажения поля, то на
нижней границе этого поддиапазона можно использо-
вать концентраторы, что дает возможность-отказаться
от использования усилителей и в случае индукции вели-
чиной 1 —10 гс.
3. Магнитные поля с индукцией 10-8—Ю1 гс.
Измерение малых и сверхмалых магнитных полей связа-
но с применением чувствительнейшей измерительной тех-
ники и с учетом специальных соображений, касающихся
выбора материала, технологии, электрической схемы и
конструкции прибора. Обычно выходное напряжение дат-
чика Холла в этом случае является переменным, с тем
чтобы его можно было легко усилить. Датчики Холла
отбираются с точки зрения максимальной магнитной чув-
ствительности (n-Ge), минимального напряжения шу-
мов (InSb, InAs), минимального влияния термоэлектри-
ческих 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 Хол-
ла можно, применяя: 1) концентраторы, 2) концентрато-
ры с обмоткой положительной обратной связи, 3) пита-
ние датчика Холла импульсами управляющего тока боль-
шой 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 одно-
временно.
185
Б. Переключение диапазона измерений. Измерители
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 под-
диапазоны не должны отличаться больше чем на 3—5
порядков величины измеряемого поля, так как при даль-
нейшем расширении этих границ следовало бы уже пе-
Рис. 13-1. Переключение поддиа-
пазонов измерения путем ступен-
чатого изменения величины сопро-
тивления (7?i—/?4) в цепи управ-
ляющего тока.
ной цепи (рис. 13-1),
источника питания. Этот
реходить к другому спо-
собу питания датчика
Холла и измерения его
выходного напряжения.
Переключение поддиа-
пазонов (ступенчатое из-
менение чувствительно-
сти) измерителя можно
осуществить тремя спосо-
бами.
1. Путем скачкообраз-
ного изменения управляю-
щего тока, т. е. путем
ступенчатого изменения
либо сопротивления вход-
либо — реже — напряжения
способ позволяет полу-
чить— на разных поддиапазонах — одинаковую величи-
ну холловского напряжения для данного деления шкалы
при неизменных параметрах холловской цепи ввиду со-
блюдения линейности шкалы на всех поддиапазонах.
При этом после переключения поддиапазона нужно не-
которое время для установления теплового режима дат-
чика Холла. Для каждой величины управляющего тока
следует выбрать соответствующую систему резисторов,
компенсирующих остаточное напряжение.
2. Путем изменения выходной чувствительности из-
мерителя, например благодаря переключению последо-
вательных сопротивлений милливольтметра. При этом
управляющий ток остается одним и тем же для всех
поддиапазонов. Это оказывает полезное влияние на те-
пловой режим датчика Холла и позволяет использовать
схему компенсации остаточного напряжения, не приво-
дящую к снижению холловского напряжения. Неудоб-
ством, однако, является изменение величины сопротив-
186
избежать, применяя, напри-
на рис. 13-2. При неизменной
Рис. 13-2. Переключение поддиа-
пазонов измерения при сохране-
нии сопротивления нагрузки
Ri—R-, и неизменном управляю-
щем токе.
ления нагрузки в холловской цепи и возникающие вслед-
ствие этого трудности с получением соответствующего
режима затухания выходного измерительного прибора,
а также с получением одинаковой шкалы на всех под-
диапазонах.
Этих неудобств можно
мер, схему, изображенную
величине тока /ж и посто-
янной нагрузке (величи-
на входного сопротивле-
ния лампы настолько ве-
лика, что не шунтирует
нагрузку 7?z) смену диа-
пазонов производят под-
ключением к резисторам
/?1—^?4-
3. Комбинированием
ступенчатого изменения
управляющего тока и
изменения чувствительно-
сти выходного прибора,
как, например, в измери-
теле фирмы «(Сименс»
(рис. 1.3-9). Это способствует меньшим изменениям те-
плового режима и сопротивления нагрузки при измере-
ниях на многих поддиапазонах. В приборе фирмы «Си-
менс» использована схема, позволяющая при сменах диа-
пазона «меть постоянную величину нагрузки датчика
Холла, благодаря чему получена общая шкала для всех
шести поддиапазонов.
В. Повышение чувствительности датчиков Холла. Из-
мерение малых значений магнитной индукции сводится
к измерению малых электрических напряжений — посто-
янных пли переменных — с помощью чувствительных
электрических приборов: гальванометров или приборов
с предварительными усилителями. Если напряжение Хол-
ла сравнимо с напряжением помех, шумов и т. п., то
следует стремиться к повышению напряжения сигнала
с выхода датчика Холла. Это можно сделать нескольки-
ми способами:
1. С помощью концентраторов. Это своего рода уси-
лители холловского напряжения. Они позволяют много-
кратно повысить чувствительность датчиков Холла. При-
менение положительной обратной связи [Л. 711], полу-
187
Б. Переключение диапазона измерений. Измерители,
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 под-
диапазоны не должны отличаться больше чем на 3—5
порядков величины измеряемого поля, так как при даль-
нейшем расширении этих границ следовало бы уже пе-
Рис. 13-1. Переключение поддиа-
пазонов измерения путем ступен-
чатого изменения величины сопро-
тивления (7?i—/?4) в цепи управ-
ляющего тока.
ной цепи (рис. 13-1),
источника питания. Этот
реходить к другому спо-
собу питания датчика
Холла и измерения его
выходного напряжения.
Переключение поддиа-
пазонов (ступенчатое из-
менение чувствительно-
сти) измерителя можно
осуществить тремя спосо-
бами.
1. Путем скачкообраз-
ного изменения управляю-
щего тока, т. е. путем
ступенчатого изменения
либо сопротивления вход-
либо — реже — напряжения
способ позволяет полу-
чить— на разных поддиапазонах — одинаковую величи-
ну холловского напряжения для данного деления шкалы
при неизменных параметрах холловской цепи ввиду со-
блюдения линейности шкалы на всех поддиапазонах.
При этом после переключения поддиапазона нужно не-
которое время для установления теплового режима дат-
чика Холла. Для каждой величины управляющего тока
следует выбрать соответствующую систему резисторов,
компенсирующих остаточное напряжение.
2. Путем изменения выходной чувствительности из-
мерителя, например благодаря переключению последо-
вательных сопротивлений милливольтметра. При этом
управляющий ток остается одним и тем же для всех
поддиапазонов. Это оказывает полезное влияние на те-
пловой режим датчика Холла и позволяет использовать
схему компенсации остаточного напряжения, не приво-
дящую к снижению холловского напряжения. Неудоб-
ством, однако, является изменение величины сопротив-
186
избежать, применяя, напри-
на рис. 13-2. При неизменной
Рис. 13-2. Переключение поддиа-
пазонов измерения при сохране-
нии сопротивления нагрузки
Pi—и неизменном управляю-
щем токе.
ления нагрузки в холловской цепи и возникающие вслед-
ствие этого трудности с получением соответствующего
режима затухания выходного измерительного прибора,
а также с получением одинаковой шкалы на всех под-
диапазонах.
Этих неудобств можно
мер, схему, изображенную
величине тока 1Х и посто-
янной нагрузке (величи-
на входного сопротивле-
ния лампы настолько ве-
лика, что не шунтирует
нагрузку /?z) смену диа-
пазонов производят под-
ключением к резисторам
/?1-/?4-
3. Комбинированием
ступенчатого изменения
управляющего тока и
изменения чувствительно-
сти выходного прибора,
как, например, в измери-
теле фирмы «Сименс»
(рис. 13-9). Это способствует меньшим изменениям те-
плового режима и сопротивления нагрузки при измере-
ниях на многих поддиапазонах. В приборе фирмы «Си-
менс» использована схема, позволяющая при сменах диа-
пазона иметь постоянную величину нагрузки датчика
Холла, благодаря чему получена общая шкала для всех
шести поддиапазонов.
В. Повышение чувствительности датчиков Холла. Из-
мерение малых значений магнитной индукции сводится
к измерению малых электрических напряжений — посто-
янных или переменных — с помощью чувствительных
электрических приборов: гальванометров или приборов
с предварительными усилителями. Если напряжение Хол-
ла сравнимо с напряжением помех, шумов и т. п., то
следует стремиться к повышению напряжения сигнала
с выхода датчика Холла. Это можно сделать нескольки-
ми способами:
1. С помощью концентраторов. Это своего рода уси-
лители холловского напряжения. Они позволяют много-
кратно повысить чувствительность датчиков Холла. При-
менение положительной обратной связи [Л. 711], полу-
187
чающейся благодаря питанию обмотки на концентраторе
напряжением Холла (рис. 13-3), позволяет еще больше
повысить чувствительность датчика Холла.
2. Улучшением условий охлаждения датчиков Холла.
Это позволяет, как уже упоминалось, в 2—4 раза уве-
личить управляющий ток. Этого можно добиться, снаб-
див датчик Холла массивным корпусом из материала
с хорошей теплопроводностью или же, в отдельных слу-
Рис. 13-3. Повышение чувствительности измере-
ний путем применения концентратора К с обмот-
кой Zs положительной обратной связи.
чаях, применяя охлаждение, например, -струей воздуха.
Такой способ, однако, может привести к снижению точ-
ности измерений. Значительного повышения управляю-
щего тока, а значит, и выходного напряжения можно
достичь, помещая датчик Холла в -среду с низкой тем-
пературой.
3. Следующим способом повышения чувствительно-
сти является питание датчика Холла импульсным током.
Если через датчик Холла течет постоянный ток 1Х, то
существует некоторая допустимая величина мощности
Рх, рассеиваемая в датчике Холла. В случае замены по-
стоянного тока 1Х импульсным током 1р прямоугольной
формы с продолжительностью импульса т и частотой v,
тепловой эффект от этих токов будет одинаковым при
/x=/p(tv)1/2 [Л. 504]. Таким образом, увеличение чувст-
вительности будет равно:
(’v)
1 X
(13-1)
Например, при т=10~3 сек и v=10 сек-'1 получаем
10-кратное увеличение чувствительности.
4. И, наконец, увеличение чувствительности получа-
ется благодаря созданию батареи, например, из 10 дат-
188
чиков Холла, потенциальные выводы которых соединены
последовательно. Лучше всего для этой цели подходят
напыленные датчики Холла очень маленькой толщины,
так как тогда можно избежать большого увеличения
объема датчиков.
Г. Характер измеряемого магнитного поля. Постоянное
магнитное поле практически можно исследовать во всем
диапазоне значений индукций, можно измерять градиент
индукции, распределение поля в пространстве, измерять
поля в достаточно маленьком объеме, а также измерить
флуктуации магнитного поля в некоторой точке.
Переменное магнитное поле теоретически можно из-
мерять в интервале частот от 0 до 1012 гц. Практически
помехой измерениям в этом интервале частоты являет-
ся влияние токов Фуко. Исследования, проведенные в
лабораториях фирмы «Сименс», показали, что при поме-
щении датчиков Холла типа FA24 в магнитное поле с
индукцией 50 гс и частотой 1 Мгц нужно уменьшить
управляющий ток на 30%, чтобы не превысить крити-
ческую температуру датчика Холла. Очевидно, интервал
частоты можно расширить при использовании напылен- ,
них датчиков Холла. Однако эта проблема требует даль-
нейшего исследования.
Диапазон частоты измеряемого поля влияет также на
выбор материала для концентраторов (см. § 11-2-2).
Измерение импульсных полей требует использования
измерительных схем, применяемых в импульсной техни-
ке. Выходным прибором является чаще всего осцилло
граф с большим временем свечения экрана.
Д. Характер управляющего тока. Управляющий ток
может быть постоянным, переменным или импульсным.
Выбор характера управляющего тока зависит от вида и
величины измеряемого магнитного поля, вида помех,
влияющих на точность измерения, назначения прибора
(переносной, технический или лабораторный) и г. п.
Постоянный управляющий ток имеет то принципиаль-
ное преимущество, что может быть получен с помощью t
легкого, переносного источника, каким является сухая
батарея или миниатюрный аккумулятор. Он наиболее
приемлем для питания датчиков Холла в переносных
приборах средней точности и для диапазонов больших
и средних магнитных полей. Однако необходимо помнить
о контроле или стабилизации тока в случае разрядки ба-
тареи.
189
Переменный ток является более подходящим, а иног-
да обязательным для лабораторных приборов высокой
точности и чувствительности. В связи с тем, что главной
причиной напряжения шумов (напряжение шумов яв-
ляется одним из принципиальных факторов, ограничива-
ющих порог чувствительности измерителя поля) являют-
ся так называемые шумы 1/f (см. § 7-6), стремятся, что-
бы частота управляющего тока была возможно больше.
В лабораториях фирмы «Сименс» [Л. 184] установле-
но, что в датчике -Холла, изготовленном из арсенида ин-
дия, питаемом управляющим током с частотой 0—50
Мгц, не наблюдается отклонения от пропорциональной
зависимости напряжения Холла от управляющего тока
(точность этих измерений составляла только ±15%).
Однако, поскольку имеются другие трудности, свя-
занные со схемой и методами измерения, реальный диа-
пазон частоты находится в пределах 1 000—5000 гц,
как, например, в приборах Института Forster.
Импульсный управляющий ток применяется, как уже
упоминалось, с целью увеличения чувствительности дат-
чиков Холла без повышения рассеянной в нем мощнос-
ти [л: 430, 540].
Е. Однородность измеряемого поля — размеры датчи-
ка Холла. Для измерения однородных полей можно раз-
работать датчики Холла, в которых полупроводниковая
пластина имеет размеры 10x20 мм и больше.
Однако наиболее часто измерения осуществляются
при использовании датчиков Холла с размерами (1—3) X
X (2—6) мм. Измерения неоднородных полей должны
быть осуществлены с помощью датчиков Холла возмож-
но меньших размеров, например 1x2 мм, в целях макси-
мального уменьшения погрешностей, связанных с «ус-
реднением» поля. Однако случается, что неоднородность
поля или размеры датчика Холла являются слишком
большими и тогда необходимо ограничить ожидаемую
погрешность или условия, измерения.
Проблема измерения неоднородных полей касается
различных полей рассеяния вокруг намагниченных фер-
ромагнитных тел и проводников с током, а также полей
в неравномерных зазорах.
На рис. 13-4 представлен ход зависимости индукции
магнитного поля как функции расстояния от круглого
провода с током I, на рис. 13-5 — ход эквипотенциаль-
ных линий (по Болотину [Л. 558]) в датчике Холла, на-
190
ходящемся в постоянном неоднородном поле; большая
кривизна отвечает большей напряженности поля. Для
этого случая Болотин дал формулу для определения мак-
симальной погрешности б в зависимости от неоднород-
ности поля, являющейся функцией отношения ширины
b датчика Холла к расстоянию I продольной»’ч)си датчи-
ка Холла от оси провода.
Эта формула имеет следующий вид.
1/6 Д . 1 / 6 4 , , 1 / 6 V"
° — 2/14-1 21 ) •
Для самого неблагоприятного случая, когда диаметр
провода является пренебрежимо малым по отношению
к ширине датчика Холла, а датчик Холла помещен не-
посредственно на проводе,
погрешность превысит зна-
чение 50%• Однако погреш-
ность порядка 1% получаем
уже при значении ЬД=0,35,
а следовательно, при диаме-
тре провода 10 мм и ширине
датчика Холла 3 мм рас-
стояние края датчика Холла
от поверхности провода дол-
жно составлять не менее
3,5 мм. Для датчика Холла
шириной 10 мм это расстоя-
ние увеличивается до 20 мм.
В случае, когда через
круглый провод течет сину-
соидальный переменный ток
и когда этот провод находит-
ся на достаточно большом
расстоянии от других про-
водов, вокруг него создается
туде магнитное поле, но без
Рис. 13-4. Зависимость индук-
ции магнитного поля вокруг
круглого провода с током I от
расстояния х до провода
[Л. 578].
неравномерное по ампли-
сдвига фаз. Амплитудная
погрешность рассчитывается так же, как и для постоян-
ного поля. Значительно более сложным является опре-
деление погрешностей, когда датчик Холла измеряет
переменное неоднородное по амплитуде и фазе поле,
как это имеет место, например, при прохождении пере-
менного тока через шину прямоугольного сечения. Этот
вопрос всесторонне проанализировал Болотин [Л. 558].
Кроме того, измерение неоднородных полей описано в
191
работах [Л. 578, 322]. При измерении тангенциальных
составляющих напряженности поля на поверхности маг-
нитных материалов размеры датчиков Холла также не
должны превышать 1—2 мм. Самые миниатюрные до
сего времени датчики Холла описаны, по-видимому, в ра-
боте [Л. 71]. Они были получены напылением n-Ge и
InSb и имели размеры 10X10 мкм.
Измерение полей в зазорах величиной до 0,5—1 мм
производятся с помощью
Рис. 13-5. Ход эквипотенциаль-
ных линий в датчике Холла
шириной Ь, находящемся на
расстоянии I от круглого про-
вода с током (Л. 558].
кристаллических датчиков
Холла, но при меньших за-
зорах необходимо пользо-
ваться пленочными датчика-
ми Холла. Наименьшая вели-
чина зазора составляет не-
сколько десятков микрон,
поскольку такую толщину
имеет напыленный полупро-
водниковый слой датчика
Холла вместе с подложкой,
выполненной, например, из
слюдяной пластинки.
Ж. Компенсация рези-
стивного остаточного напря-
жения (см. также § 7-3). Резистивное остаточное напря-
жение появляется практически в каждом датчике Холла.
Независимо от требований к точности измерения ком-
пенсация этого напряжения является обязательной. Ве-
личинам1И остаточного напряжения определяются как
нижний предел возможного для измерений магнитного
поля, так и максимально достижимая точность изме-
рений.
Уменьшение влияния неэквипотенциальности может
быть решено технологически, как это показано па рис.
6-7, или с помощью компенсационных схем (рис. 7-7).
Выбор соответствующей компенсационной схемы оп-
ределяется требованиями к точности измерений, допус-
тимой потерей мощности, а также изменением входного
и выходного активных сопротивлений датчика Холла.
3. Компенсация паразитных индуктированных напря-
жений (индукционное остаточное напряжение — см. так-
же § 7-5). При измерении переменных и импульсных по-
лей, а также при переменном и импульсном управляю-
щем токе индуктируются паразитные напряжения. Они
192
возникают в контурах, образуемых проводниками (под-
водящими ток 1Х и отводящими напряжение Uv), и изме-
няют значения амплитуды и фазы как для тока 1Х, так и
для напряжения Uv.
Способы компенсации этого напряжения приведены
в § 7-5. Компенсация должна быть выполнена, в основ-
ном, уже в процессе 1изготовления датчика Холла. Ког-
да датчик Холла предназначен только для измерений
постоянных полей или когда компенсация является не-
достаточной, ее можно осуществить и вне датчика Хол-
ла. При этом необходимо помнить, что при измерениях
сильно неоднородных полей лучшим является метод
безындукционной укладки холловских выводов, чем ме-
тод компенсационных петель, так как в случае последне-
го метода индуктирование напряжения в петле холлов-
ского контура будет вызывать одно значение индукции,
а в компенсационной петле — другое.
При частоте в несколько килогерц необходимо так-
же считаться с влиянием паразитных емкостей выводов.
И. Компенсация влияния изменений температуры.
Изменения температуры датчиков Холла могут проис-
ходить под влиянием изменения окружающей температу-
ры, а также из-за перегрева пластины при прохождении
управляющего тока. Эти изменения могут быть и одина-
ковыми для всего объема датчика Холла, и связанными
с температурным градиентом, а также могут проявлять-
ся как местные изменения вследствие неоднородности
удельного сопротивления.
Колебания температуры влияют на точность измере-
ний вследствие изменения активного сопротивления дат-
чика Холла и коэффициента Холла, изменяя условия
компенсации резистивного остаточного напряжения и
согласования с нагрузкой и способствуя возникновению
термического остаточного напряжения. С этой точки зре-
ния огромную роль играет сведение до минимума влия-
ния вышеуказанных изменений.
К. Компенсация влияния магнитного поля. Вредное
влияние магнитного поля на датчики Холла проявляет-
ся в изменении их активного сопротивления, а также
коэффициента Холла, что в результате приводит к от-
клонению от линейной зависимости напряжения Хол-
ла от индукции поля (изменение Rh), а также в нару-
шении условий компенсации неэквипотенциальности и
согласования с активным сопротивлением нагрузки.
13—1401 193
Уменьшения этого влияния можно добиться: 1) бла-
годаря выбору материалов с малыми коэффициен-
тами изменений Rx, Ry и RH в функции //; 2) бла-
годаря соответствующей конструкции датчика Холла
(см. зависимость Др/р = [(Н) при разных размерах дат-
чиков Холла на рис. 3-28); 3) при использовании ком-
пенсационных схем, а также 4) при использовании не-
линейного масштаба шкалы.
Л. Датчик Холла — элемент электрической цепи. Уже
упоминалось, что максимальная выходная мощность дат-
чика Холла составляет несколько сот милливатт, а
к. п. д. в лучшем случае достигает значения 15%. Следо-
вательно, датчик Холла имеет преимущества перед дру-
гими элементами с точки зрения измерения сигналов
разной величины или передачи информации, но не при
генерации или передаче энергии. Поэтому нас меньше
интересует получение наилучших энергетических условий
(когда активное сопротивление нагрузки равно выходно-
му активному сопротивлению датчика Холла). Чаще от
датчика Холла требуют максимальной чувствительности
по напряжению, а также максимальной линейности ста-
тических и динамических характеристик. Это явлтется
особенно важным при измерениях магнитных полей. Реа-
лизации этих требований добиваются выбором: 1) полу-
проводникового материала (с физическими параметрами,
в возможно меньшей степени зависящими от внешних
условий), 2) технологии датчиков Холла (например, в
монокристаллических датчиках резка датчиков
Холла вдоль соответствующей’ кристаллографической
оси), 3) отношения длины холловского электрода к дли-
не токового электрода, чтобы получить линейную зави-
симость иу=Д(В), 4) отношения длины к ширине датчи-
ка Холла, 5) оптимального активного сопротивления на-
грузки датчика Холла. Что касается последнего условия,
установлено, что линейная зависимость Uv=f(B) для
датчика Холла, например, типа FA21, изготовленного
из InAs, получается для отношения активного сопро-
тивления нагрузки R к выходному активному сопро-
тивлению датчика Холла Ry0 (при индукции магнитно-
го поля В=0) h=RIRvo~3- В каталоге датчиков Холла
фирмы «Сименс» для датчика каждого типа представ-
лено значение активного сопротивления нагрузки
при котором получается линейная зависимость 'Uv=
194
М. Измерение напряжения Холла. Выбор метода из-
мерения напряжения Холла зависит от характера напря-
жения (постоянное, переменное «или импульсное), его
значения, выходной мощности датчика Холла (которая
зависит от типа полупроводникового материала, значе-
ния управляющего тока, значения измеряемого поля,
а также от размеров датчика Холла), точности и харак-
тера измерений (кратковременные, длительные), а так-
же от прибора (промышленный, лабораторный).
Измерение напряжения Холла может быть произве-
дено тремя способами:
1. Непосредственно — с помощью стрелочного при-
бора измеряется постоянное или меняющееся напряже-
ние Холла, при этом измеряемая индукция обычно не
меньше нескольких десятков гаусс. Стрелочным прибо-
ром является чувствительный магнитоэлектрический при-
бор, работающий как милливольтметр или, реже, как
микроамперметр.
2. Косвенно — с помощью стрелочного прибора, но
после предварительного усиления. В этом случае для об-
легчения усиления сигнала желательно, чтобы напряже-
ние Холла было переменным (измеряемое поле может
быть постоянным, а управляющий ток переменным, или
наоборот). Этот способ измерения напряжения Холла
можно применять во всем диапазоне измеряемых полей,
а при измерении индукции меньше 1 гс он является не-
заменимым. В случае необходимости усиления постоян-
ного напряжения Холла можно использовать усилитель
постоянного тока (здесь недостатоком является дрейф
нуля) или применить преобразователь постоянного тока
в переменный (большой уровень шумов) и использовать
усилитель переменного тока. Усиленное напряжение
можно выпрямить и измерить с помощью магнитоэлект-
рического прибора или же наблюдать его на экране
электронного осциллографа или, наконец, регистриро-
вать, применяя достаточно чувствительный прибор пере-
менного тока.
3. Косвенно — нулевым методом, т. е. мостовым пли
компенсационным. Этот способ, несмотря на такие преи-
мущества, как независимость показаний от изменения
значения управляющего тока, возможность измерения
индукции приблизительно от 10~2 гс без усиления напря-
жения Холла, применяется редко. Причиной этого явля-
ется относительно большая продолжительность измере-
13* 195
ния (необходимо с помощью регулирующих резисторов
довести до нулевого отклонения указатель гальваномет-
ра и отсчитать значение измеряемой индукции), а также
необходимость выполнения определенных операций в
процессе измерений. Таким образом, исчезает одно из
важнейших преимуществ метода измерений с помощью
датчика Холла.
Н. Источник питания. Способ питания датчика Холла
зависит от значения и вида измеряемых полей, рода при-
бора и его стоимости, а также от способа измерения на-
пряжения Холла:
1) Батарейное питание (сухой элемент или миниа-
тюрный аккумулятор) применяется в переносных при-
борах при высоких значениях измеряемых полей и тогда
(при измерении постоянных полей), когда выходное на-
пряжение измеряется непосредственно чувствительным
магнитоэл ект р ич ески м при бором.
В частном случае, если управляющий ток должен
быть переменным, а на месте измерений нет источника
переменного тока, можно также использовать батарею,
преобразуя ее постоянный ток в переменный.
Недостатком питания от элемента или аккумулятора
является их разрядка, что приводит к необходимости
частого контроля или схемной стабилизации управляю-
щего тока.
2) Сетевое питание позволяет питать датчик Холла
как постоянным током (после выпрямления), та-к и пе-
ременным током сетевой частоты, а также током произ-
вольной частоты (от встроенного генератора).
3) Батарейно-сетевое питание, как, например,' в при-
боре фирмы «Сименс» [Л. 511], в котором датчик Холла
может питаться как от сети через выпрямитель, так и
от внутреннего аккумулятора.
О. Назначение приборов. Приборы с датчиками Хол-
ла для измерения напряженности магнитного поля мо-
гут быть изготовлены двух типов: лабораторные и про-
мышленные.
1) Лабораторные приборы обычно питаются от сети;
датчик Холла управляется переменным током от встро-
енного генератора с частотой порядка килогерц; такой
прибор обладает усилителем напряжения Холла и при-
способлен для продолжительной непрерывной работы
при небольших колебаниях окружающей температуры
(15—30° С.)
196
2) Приборы в промышленном исполнении имеют
обычно питание постоянным током от батареи. Они лег-
ки, ударостойки, а также приспособлены для работы в
различных атмосферных условиях (интервал темпера-
тур, например, 0—40°С) и в различном положении. Диа-
пазон измерений таких приборов начинается от одной
или нескольких сот гаусс. Иногда указанные приборы об-
ладают добавочными приспособлениями для разнообраз-
ных измерений (в больших объемах, узких зазорах,
внутри соленоидов, для измерения тангенциальных со-
ставляющих) .
П. Градуировка. Градуировка датчиков Холла, изме-
ряющих напряженность магнитного поля, требует нали-
чия стабильных магнитных полей, значения индукции
которых известны с точностью на порядок выше, чем
точность градуируемого прибора.
Для наиболее точной градуировки приборов (0,1 —
1%) необходим измеритель напряженности поля, осно-
ванный на принципе ядерного магнитного или электрон-
ного парамагнитного резонанса. Для тарировки менее
точных приборов (1,5—5%) достаточно проградуирован-
ного электромагнита с соблюдением обычных предосто-
рожностей (устранение влияний окружающей темпера-
туры, стабилизация тока электромагнита и т. п.).
При градуировке приборов для измерений малых полей
нужно помнить о необходимости исключения влияния
посторонних полей, как, например, магнитного поля
Земли, полей, образующихся вокруг проводников с то-
ком и др.
Градуировка измерителей постоянного поля с по-
стоянным управляющим током требует исключения не'
которых термомагнитных и термоэлектрических явлений,
что осуществляется измерением напряжения Холла при
двух знаках управляющего тока и при различных поляр-
ностях магнитного поля. С целью проверки точности при-
боров или их регулировки во время эксплуатации при-
меняется эталон магнитной индукции, в качестве кото-
рого служит обычно постоянный магнит (встроенный в
прибор или находящийся вне его) с точно определенным
значением индукции в зазоре, например 1 000 гс±
Кдлучае, когда прибор требует перед началом изме-
рений установки нуля, а диапазон измерений лежит ниже
100 гс или когда вблизи действует сильное поле, созда-
197
ющее помехи, датчик Холла нужно помещать на вре-
мя установки нуля в магнитный эк|ран.
Р. Стабильность датчиков Холла во времени. В прин-
ципе датчики Холла имеют практически неограниченное
время работы. Однако имеется немало причин, которые
могут привести к изменению некоторых параметров
датчиков Холла и тем самым влиять на точность изме-
рений. Необходимо здесь перечислить прежде всего из-
менения на границе полупроводник — металл, а так-
же изменения вследствие процессов кристаллизации
(в основном в напыленных датчиках Холла).
Эта проблема является до сего времени мало иссле-
дованной экспериментально, и, кроме общих утвержде-
ний [Л. 547], результаты лабораторных исследований дал
только Вайс [Л. 490].
С. Точность. Перечислим еще раз причины, влияющие
на точность датчиков Холла при измерениях, одновре-
менно показывая там, где это возможно, способ устра-
нения или уменьшения влияния этих причин.
Источник погрешностей
1. Нестабильность
2. Изменение Rx и Ry под
влиянием измеряемой В
3. Изменение RH под влия-
нием измеряемой В
4. Изменение Rx и Ry
под влиянием Т
5. Изменения RH под влия-
нием Т
6. Резистивное остаточное
напряжение
7. Термическое остаточное
напряжение
8. Напряжение, индуктиро-
ванное в проводах
9. Напряжение, возникаю-
щее при несимметричной уста-
новке электродов Холла отно-
сительно продольной оси датчи-
ка Холла (§' 2-6-2)
10. Вторичный эффект Хол-
ла 2-6-1)
11. Термо- и гальваномаг-
нитные явления (§ 2-7 и 7-3)
12. Явление выпрямления
на контактах
Способ их устранения или уменьшения
Стабилизация, контроль
Соответствующий выбор ма-
териалов для датчика Холла, соот-
ветствующая технология датчика
Холла, компенсационные схемы
Соответствующий выбор ма-
териала для датчика Холла, со-
ответствующая технология датчи-
ка Холла, компенсационные схемы
Соответствующая технология
датчика Холла, компенсационные
схемы
Безындукционная укладка про-
водов и компенсационные петли
Симметричная установка элек-
тродов Холла относительно про-
дольной оси датчика Холла
Измерение Uy в режиме холо-
стого хода
Небольшие изменения темпе-
ратуры датчика Холла, малень-
кие размеры датчиков Холла,
однородность полупроводникового
материала
Соответствующая технология
198
13. Неоднородность изме-
ряемого поля
14. Несоблюдение перпен-
дикулярности линии измеряе-
мого поля относительно пло-
скости датчика Холла
15. Гистерезис концентра-
торов
16. Нестабильность свойств
датчиков Холла во времени
17. Изменение Ry и
под влиянием света
18. Шумы
19. Градуировка
20. Влияние внешних по-
сторонних магнитных полей,
например, земного и т. п.
Маленькие размеры датчика
Холла
Отсчет максимальной величи-
ны на приборе
Выбор материалов с мини-
мальным гистерезисом
Периодическая проверка при-
боров
Корпус, не пропускающий
света
Снижение температуры дат-
чика Холла, большая толщина
пластины, большая частота управ-
ляющего тока
Эталонный прибор достаточ-
ной точности, стабильное .и одно-
родное магнитное поле
Экранирование
Точность датчиков Холла при измерениях индукции
магнитного поля может лежать в достаточно больших
пределах, от 0,2 -до 10%; Проанализируем вкратце ус-
ловия, которым должны удовлетворять приборы разных
групп точности (установленных, впрочем, совершенно ус-
ловно) .
При точности 5—10%' можно удовлетвориться только
компенсацией резистивного остаточного напряжения (эта
компенсация должна быть использована в любом типе
измерителей на датчиках Холла, так как значение ре-
зистивного остаточного напряжения бывает обычно одно-
го порядка с напряжением Холла, соответствующим
нижнему пределу измерительного диапазона), а также
контролем управляющего тока.
Сохранение точности прибора 2,5—5% требует тща-
тельного выбора полупроводникового материала с точки
зрения температурных характеристик и устранения вред-
ного влияния магнитного поля, а при больших диапазо-
нах температуры среды — также использования схем
температурной компенсации.
Измерения Uv в обеих группах приборов можно осу-
ществлять непосредственно (конечно, при условии до-
статочно больших значений измеряемой индукции).
При точности приборов 1—2,5% должны быть учтены
следующие факторы:
а) контроль (или стабилизация) управляющего тока;
199
б) вид управляющего то'Ка;
в) выбор полупроводникового материала с оптималь-
ными температурными, магнитными и электрическими
свойствами;
г) соотношения размеров датчика Холла;
д) оптимальная компенсация остаточного напряже-
ния, изменений температуры среды, влияния посторон-
них магнитных полей, а также 'напряжений, индуктиро-
ванных в «петлях» (только при переменных и импульс-
ных полях);
е) оптимальный выбор поддиапазонов изменений;
ж) все условия линеаризации характеристики выход-
ного напряжения датчика Холла;
з) способ измерений Uy и градуировка прибора;
и) при измерении малых полей — оптимальная кон-
струкция и влияние концентраторов;
к) при измерении самых малых полей — шумы.
Измерения с точностью выше 1 % являются относи-
тельно редкими и требуют дополнительно высокой ста-
билизации управляющего тока, термостатирования дат-
чика Холла или его работы в очень узких пределах тем-
пературы (15—25°С), компенсационного метода изме-
рения напряжения Холла.
13-2. ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ (НАПРЯЖЕННОСТИ] ПОСТОЯННОГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ1
Принцип измерения индукции магнитного поля сле-
дует просто из основной формулы напряжения Холла.
Так как для данного датчика Холла с = const и Rh~
= const, то, пренебрегая влиянием поправочной функции
s/a-, В) при сохранении /x = const, получаем:
Uv = kB, (13-2)
т. е. напряжение Холла Uy прямо пропорционально ин-
дукции магнитного поля в направлении, перпендикуляр-
ном плоскости датчика Холла, причем
k~RnIxlc. (13-3)
При измерениях переменного поля, когда управляю-
щий ток является постоянным или, наоборот, когда поле
постоянно, а управляющий ток переменный, а также
1 Так как в этой главе идет речь о приборах, служащих для
измерения магнитного поля в воздухе, то измерители магнитной ин-
дукции ничем не отличаются от измерителей напряженности поля,
кроме названия и обозначения единиц. В этом разделе пользуемся
полной взаимозаменяемостью названий.
200
при измерении переменного поля с помощью переменно-
го управляющего тока формула (13-2) будет содержать
факторы, зависящие от частоты и фазы поля В или на-
пряжения Uy.
Ниже осуществлен обзор схем приборов на основе
датчиков Холла для измерения индукции магнитного
поля. В табл. 13-1 приведены важнейшие технические
данные нескольких измерителей индукции магнитного
поля. На рис. 13-6 дана простейшая схема однопредель-
ного прибора на основе датчика Холла. Управляющий
ток 1Х берется от аккумулятора или сухой батареи Е и
регулируется с помощью резистора i/?b а контролирует-
ся при помощи измерения падения напряжения на ре-
зисторе Т?2 прибором mV при положении переключа-
теля Р в позиции 2. Резистор Р.з служит для компенса-
ции остаточного напряжения.
Первая схема для измерения напряженности магнитного поля,
использующая эффект Холла в висмутовых пластинках в техниче-
ских целях, была предложена в 1910 г. |[Л. 375]. В этой работе
исследованы зависимости напряжения Холла от размеров пластинки,
величины управляющего тока, напряженности магнитного поля и
температуры. Висмутовые пластинки (размером 1X28X68 мм)
обладали сильной зависимостью напряжения Холла от температуры,
а также четким максимумом на-
пряжения Холла, который, на-
пример, при температуре +21° С
имел место при 5 000 э.
В 1926 г. Крэг (Л. 95] иссле-
довал зависимость напряжения
Холла в тонких висмутовых пла-
стинках от малых напряженностей
поля, а именно в пределах 0,07—
1 э. Зависимость выходного на-
пряжения от входного, начиная
с 0,3 в, была линейной, а чув-
ствительность пластинки состав-
ляла около 15 мкв'э.
Первым прибором с датчиком
Холла в качестве измерителя на-
пряженности поля, который мог
конкурировать с другими измери-
телями магнитного поля, был при-
бор, описанный Пирсоном и изго-
товленный в 11947 г. (Л. 371].
Схема прибора представлена
на рис. 13-7. Германиевый датчик
Холла размером около 1X5X13 .
4,5 в. Управляющий ток величине
Рис. 13-6. Простейшая схема
измерителя индукции магнитно-
го поля на датчике Холла.
питается от сухой батареи
18 ма устанавливается с по-
мощью резистора Система резисторов /?ь Ri и Rt, а также
батарея с напряжением 1,5 в служат для компенсации остаточного
201
Измерители напряженности магнитного поля на датчиках Холл:
1 2 3 4 5
1 Изготовитель (источник информации) Институт Forster, Reutlingen (ФРГ) [Л. 386] 1
2 Название, тип Измеритель напряженности поля В
Тип 1521 Тип 1531 Тип 1541
3 Измеряемая величина Напряженность постоянного поля, тангенциальная составляющая напряженности поля в магнитных материалах Напряженность и градиент на- пряженности постоянного поля, магнитная прони- цае.мость
4 Диапазон измерений 0-М0; 20, 50.. . 20 000 эв I1-ти поддиапазонах 04-1; 2; 5... 20 000 э в 14-ти поддиапазонах 0-Н; 2; 5... 20 000 э в 14-ти поддиапазонах, и =1,00014-2
5 Точность 1%; стабиль- ность 1% за 2 ч 1%; в диапазонах 0-J-I и 04-2 э -1.5% 1%
6 Датчик Холла Фирма Siemens, тип ТС21
а) Материал InAs
б ) Размеры датчика Холла, мм 1,5X3X0,1 1,5X3X0.। 1,5X3X0,1
в) Размеры зонда, мм 3,7X10X20 3,7хЮХ20 3,7X10X20
7 Индикатор Магнитоэлектри- ческий 50 мка, 2 620 ом, кл. 0,5, 100—0—100 дел. Магнитоэлектри- ческий кл. 0,5, 30—0—120 дел. Магнитоэлектри- ческий, кл. 0,5
8 Питание Сеть 220 в, 50 гц, 117 в, 60 гц Сеть 220 в, 50 г и,, 117 в, 60 гц Сеть 220 в, 50 ец, 117 в, 60 гц
9 Размеры, мм 280X440X50 — —
10 ес, кг — — —
11 202 Разное Генератор и лам- повый усилитель, управляющий ток около 1 ООо ед; на выходе регистри- рующий прибор; возможность рас- ширения измери- тельного диапазо- на до 50 000 э; эталонный магнит в 100 э Разница в срав- нении с типом 1521 заключается в помещении источника питания в отдельный корпус Выполнен^как тип 1531,"но с двумя датчиками
Т а б ли ца 15-1
6 7 8 9 10
Siemens- Hal ske AG Карлсруэ, ФРГ [Л. 350J Thomson- Houston Англия Metra ЧССР [Л. 387] F. W. Bell, Inc. 1356 Norton Avenue, Columbus, 12, Ohio, USA [Л. 385].
— — Гауссметр Гауссметр
Модель ПО | Модель 120
Напряжен- ность посто- янного ПОЛЯ Напряжен- ность посто- янного ПОЛЯ Напряженность (индукция) по- стоянного поля Напряженность (индукция) по- стоянного поля Напряжен- ность (андук* Ция) посто- янного поля
04-0,5; 1; 2; 5; Ю и 20 КЭ с концентра- торами 04-10 в 04-5; 10 и 25 кэ 04-2; 5 н 20 кэ Или 04-5; 10 и 20 кз 04-1; 3; 10... 30 000 э в 10-тн поддиапазонах 04-0,1; 0.3; 1... 30 000 э в 12-ти поддиапазонах
1,5% Несколько процентов 2,5% 2% до Ю кэ 1% до 10 кэ
тип FA22 — — YA-147 '.YA-47 Trans
InAs] InSb Ge InAs InAs
1X2X0,1 — 1,5X3 —
1ХЗХИ , — 1X3X50 3,3X0,5 3,3X0,5
Магнитоэлек- трический — Магнитоэлектри- ческий, 100 мка — —
НО и 220 в, 50 гц (вну- тренний акку- мулятор) Внутренняя плоская бата- рея 4,5 в Внутреннее, 4,5 в Внутренняя ртут- ная батарея I а-ч\ время работы 100 ч 115/230 в; 50/60 гц
— 80X164X156 117X203X276 178X 305 X 343
— — 1,4 4 7,25
Управляющий постоянный ток с макси- мальным зна- чением 200 ма - Влияние темпера- туры 2,5%/10° С, интервал темпе- ратуры 04- + 500 С постоянный управляющий ток Управляющий ток 5 кгц‘, транзис- торный прибор для, измерений на- пряженности пе- ременного поля до 400 гц с помощью наружного прибо- ра (осциллографа), комплекта датчи- ков разной кон- струкции Управляющий ток 1 кгц\ измерение на- пряженности поля до 60 гц с помощью наружного прибора (ос- циллографа)
203
1 11 12 13 14
1 F. W. Bell, Inc. 1356 Norton Avenue, Columbus, 12, Ohio, USA [Л. 385] Институт метро- логии им. Менде- леева СССР [Л. 565а]
2 Дифференциаль- ный гауссметр Гауссметр Гауссметр Гауссметр л
Модель 240 Модель 300 Модель 350 ЭГ-1
3 Напряженность (индукция) по- стоянного поля Напряженность (индукция) по- стоянного поля Напряженность переменного поля с частотой Ю-у-30 000 гц Напряженность Я (индукция) по-Я стоянного поля Я
4 0-4-0,1; о,з; 1... ЗООООэ в 12-ти под- диапазонах .. Оч-О.З; 1; 3; 10 и 30 кэ и дополнительно 100 кэ От 04-0,1 до 3 кэ в 10 поддиапазо- нах; со специаль- ным датчиком от 04-1 мэ до /0 э 0; 100; 1 000; 5 000; 10 000 и I 20 000 э
5 1% до 10 кз 1% до 10 кз 2,5% до 30 кэ 2% 1.5% 1
6 Y'-247 Т-3003 Т-3501 — 1
In "S InAs InAs /г-Ge 1
— — • — 3X5X0,4 J
3,3X0.5 3,3X0,5 — 75x10X2,5. 1
7 — ' — — Магнитоэлектри- ческий 100 мка, 1600 ом, кл. 0,5, 100 делений
8 115/230 в; 50/60 гц, 50 вт /17/234 в; 50/60 гц или внутренняя ба- тарея 6 в —
9 178X305X368 159X171X324 — 350x350X250
10 /0 -3,2 — —
11 Специальное исполнение, поз- воляющее /00-кратное рас- ширение масшта- ба, что позволяет измерять малень- кие изменения поля Управляющий ток / 000 гц; рабочая темпера- тура 25 ±Ю° С, ламповая схема
Продолжение табл. 13-1
15 13 17 18 19
Институт основных проблей тех- ники Польской Академии navK, ПНР [Л. 434] Объединенный институт ядерных исследований, СССР [Л. 525] СССР [Л. 568] Институт приборострое- ния Академии наук, Берлин ГДР (Л. 223] Лаборатория фирмы Bell, Telephone [Л. 374]
Гауссметр Магнитометр Магнитометр Измеритель магнитной индукции Измеритель напряженности поля
ETS->3 Е11-3 (ИМИ-3)
Напряжен- ность (индук- ция) постоян- ного поля Напряженность (индукция) посто- янного поля: ра'пределенне напряженности 'поля, флююуацин поля во времени Напряжен- ность постоян- ного поля Напряжен- ность посто- янного поля
0+ю; 100; 1 000 и 10 000 э 0,054-/7 000 & 100+15 000 э 0+5 000; 10 000 и £0 000 э 0 +5 000, 10 000 и 20 000 э
5%, 2,5%, 1% и 1% 1%±0 ,05 э ±1.5%±1 э; ±0,3%/10° С ±2,5% ' ±2% до 8 000 э ±9% при 20 000 э
— —
In 'S n-Ge и-Ge In’S Ge
— 17X2X0,G 2,7X2,7X0,4 —
— 140X22X12 6ХЮХ60 010x120 — —
Магнито- электрический на напряжение 60 мкв, шкала 150 мм Магни гоэлектри- ческнй /00 мка Нулевой гальванометр ’Магнитоэлек- трический, 20 мка, 1 520 ом
Элемент 1,5 в — 115/127/220 в Сухая батарея Сухая батарея 4,5 в
330 X 230X130 — — — 150X140x130
—5 — — — 3
Постоянный управляющий ток Управляющий ток 2 500 гц, 4 ма, схема электронная ламповая Управляющий ток 1 0)0 гц, 10 ма, схема ламповая, измерение напря- жения Холла ком- пенсационным ме- тодом; датчик Холла термостати- рованный, рабочая температура —304-4-50° С Встроенный эталонный магнит 5 000 э *
205
Рис. 13-7. Принципиальная схема измерителя напряженности маг-
нитного поля на датчике Холла (согласно Пирсону [Л. 371]).
Рис. 13-8. Принципиальная схема измерите-
ля напряженности магнитного поля фирмы
«Томсон» [Л. 350].
напряжения. Прибор имеет следующие диапазоны измерений: 0—5,
10 и 20 кэ, его точность составляет ±2% при 8 кэ и ±9% при 20 кэ.
В J951 г. американская фирма Dyna Laboratoriums, Inc.,
в Нью-Йорке поместила рекламную заметку о приборе на датчике
Холла для измерений напряженности постоянного и переменного
полей со следующими данными: диапазоны измерения 0—100, 300,
1 000, 3 000, 10 000 и 30 000 э, точность ±2,5%, размеры датчика
Холла в корпусе около 44X5X0,6 мм, активная поверхность дат-
чика Холла около 6 мм2, управляющий ток—переменный с часто-
той 2 000 гц, напряжение Холла усиливалось и выпрямлялось.
На рис. 13-8 представлена схема прибора фирмы Томсон-Хаустон
с диапазонами 0—5, 10 и 25. кэ; схема его очень проста, но точ-
ность измерений невысокая. Характерной особенностью этого при-
бора является редко применяемый трехэлектродный датчик Холла.
Примером рационально решенного прибора для непосредствен-
ного измерения напряжения Холла является прибор фирмы «Сименс»
206
[Л. 428, 439, 511, 750]. Схема этого прибора дана на рис. 13-9.
Его измерительный диапазон 0—20 кэ разбит на шесть поддиапазо-
нов с верхними значениями 0,5, 1, 2, 5, 10 н 20 кэ, а при применении
концентраторов измерения возможны даже в диапазоне 0—10 э.
Точность прибора составляет ±1,5%. Индикатором поля является
датчик Холла типа FA22. Управляющий ток — постоянный, источни-
ком его служит железо-никелевый аккумулятор или выпрямитель,
питающийся от сети переменного тока НО или 220 в. Зарядка акку-
мулятора может производиться также во время работы прибора.
Степень зарядки аккумулятора показывает небольшой прибор с рас-
ширенной в конце шкалой, помещенный в общий корпус с основным
измерительным прибором. Смена поддиапазонов осуществляется как
изменением значения управляющего тока, так и чувствительности
Рис. 13-9. Принципиальная схема измерителя напряженности
магнитного поля фирмы «Сименс» [Л 350].
выходного прибора. Для трех низших и трех высших поддиапазонов
подобраны два разных значения управляющего тока с взаимным
соотношением 10:1 (поминальное значение управляющего тока дат-
чиков Холла составляет 150 ма). Значение тока регулируется (при
положении переключателя Пи, противоположном приведенному
на рис. 13-9) механически соединенными потенциометрами R} и /?2,
доводящими отклонение стрелки основного измерительного прибора
до обозначенных на шкале контрольных точек. Благодаря приме-
нению схемы с постоянной нагрузкой на выходе датчика Холла
измерительная шкала является общей для всех поддиапазонов. Вы-
ходной прибор — магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой
на растяжках.
Прибор мал, легок и прост в обслуживании, а небольшие раз-
меры холловского зонда (1X3X11 мм) позволяют производить прак-
207
тически точечные измерения, а также замеры в узких зазорах ши-
риной 1 мм и больше.
Из опубликованных польских разработок следует отметить при-
боры, сконструированные Налэнчем и Жемецким [Л. 350] [измери-
тельный диапазон—0—0,5, 1, 2, 5 и 10 кэ; точность ±2,5% в интер-
вале (15— 30)° С; датчик Холла типа СНЗ], а также прибор Шуль-
це [Л. 464]. Особенно интересным является последний прибор с точки
зрения достижения очень большой чувствительности благодаря при-
менению магнитоэлектрического прибора с системой на растяжках и
со световым указателем. Прибор выполнен в двух вариантах:
Рис. 13-10. Измерение напря-
жения Холла с помощью ком-
пенсационной схемы [Л. 106].
а) с датчиком Холла СН1 — изме-
рительные диапазоны 0—50, 500,
5 000 и 20 000 э; точность 1% для
диапазонов 5 и 20 кэ, 2,5% для
диапазона 500 э и 5% для 50 э;
б) с датчиком Холла FA23 («Си-
менс») — измерительные диапазо-
ны—0—10, 100, 1 000 и
10000 э; точность 1% для диапа-
зонов 1 и 10 кэ, 2,5% для 100 э
и 5% для 10 э.
Шульце приводит также ин-
тересные результаты исследований
влияния различных тепловых усло-
вий на работу датчика Холла,
определяющие максимальную чув-
ствительность датчика Холла при
заданной точности.
В Французском Центре ядер-
ных исследований разработан
[Л. 106, 253] измеритель напряженности поля, в котором измерение
Uy осуществлено при помощи схемы моста Уитстона. Управляющий
ток и ток, питающий всю мостовую схему, является постоянным.
При разомкнутом выключателе К (рис. 13-10) с помощью' сопротив-
ления i/?4 сводят отклонение гальванометра G к нулю. В это время ток
через электроды Холла не течет, т. е. точки 3 и 4 имеют одинако-
вый потенциал. Затем при замкнутом выключателе К датчик Холла
помещается в измеряемое магнитное поле и с помощью сопротивле-
ния (% указатель гальванометра приводится к нулю. При этом спо-
собе напряжение Холла (разность потенциалов точек 3 и 4) уравно-
вешивается падением напряжения на части сопротивления /?з,
а именно yR-a (разность потенциалов в точках 5 и 6). Сопротивле-
ние /?з отградуировано непосредственно в единицах напряженности
магнитного поля.
Так как в схеме все значения пропорциональны току /, то
показания прибора не зависят от изменения величины тока. При
помощи соответствующего подбора активного сопротивления схемы
компенсируется влияние зависимостей RH=f(H), а также R„, Rx =
Линейность всей схемы порядка 1%, температурный коэф-
фициент О,О5°1о/град, а при использовании термистора — па порядок
лучше. Повторяемость замеров 0,01% для больших значений поля
и ±0,1 э — для меньших. Сопротивление Rs изготовлено из калибро-
ванной проволоки, намотанной по винтовой линии па вращающийся
барабан.
В Институте приборостроения Академии наук (ГДР) создан
208
прибор на датчике Холла для измерений напряженности поля, осно-
ванный также на мостовой схеме [Л. 223 и 255]. Датчик Холла,
выполненный из InAs, питается (рис. 13-11) постоянным током
/1 = 100 ма. В ветви, по которой течет ток 1%, находится прецизион-
ный делитель напряжения (/?з==100 ом, /?4 = 25 ом, следовательно,
равнодействующее активное сопротивление 7?w = 20 ом), служащий
для компенсации напряжения Холла при измерении напряженности
поля. Регулируемым потенциометром /?ц прибор приводится к нулю
при значении Н — 0. Регулятором чувствительности является сопро-
Рис. 13-11. Принципиальная схема измерителя напряжен-
ности магнитного поля [Л. 223].
тивление /?18. Измерительные диапазоны 0—5, 10 и 20 кэ, точность
±2,5%, влияние температуры на точность измерений пренебрежимо
мало, так же как и влияние изменения питающего напряжения.
Прибор отличается от известных до настоящего времени приборов
наименьшими размерами и весом.
Почти все вышеупомянутые приборы характеризуются тем, что
управляющий ток является постоянным; это ограничивает как их
чувствительность, так и точность.
В институте Forster (Ройтлинген, ФРГ) [Л. 368] изготовлены
лабораторные приборы, отличающиеся большим диапазоном измере-
ний (от 0—1 э до-0—20 кэ) и точностью ±1%. Такие параметры
получены благодаря применению переменного управляющего тока
(около 1 000 гц).
Измерительный диапазон прибора типа 1531 0-ь 20 кэ (по жела-
нию— до 50 кэ) разделен на 14 поддиапазонов, причем самым
чувствительным является диапазон 0—1 э. Точность составляет ±1%
и только в двух самых чувствительных поддиапазонах ±1,5%.
Прибор требует прогрева в течение 30 мин, а во время измерений—
установки нуля и контрольной калибровки, занимающих несколько
минут, установка нуля производится каждый раз при смене под-
14—1401 209
Рис. 13-12. Принципиальная схема измерителя напряженности магнитного поля типа
1521 Института Фёрстера [Л. 386].
210
диапазона Наряду с большой чувствительностью и точностью прибор
имеет существенный недостаток — большую толщину холловского
зонда (3 мм).
На рис. 13-12 показана подробная принципиальная схема при-
бора типа 1521 производства Института Forster. Измерительный
диапазон 0—20 кэ разделен на И поддиапазонов, причем самый
чувствительный 0—100 э Точность ±1%. Методика измерений такая
же, как и для прибора типа 1531. В обоих приборах применен
датчик Холла ТС21 (фирма «Сименс»), который позволяет также
измерять тангенциальную составляющую напряженности поля на
поверхности ферромагнит-
ных материалов.
Прибор типа 1541 со
держит два специально по-
добранных одинаковых дат-
чика Холла, благодаря чему
им можно измерять как аб-
солютное значение напря-
женности поля, так и раз-
ность напряженностей поли
в двух точках. Диапазоны
измерений и точность такие
же, как у прибора типа 1531.
Прибор типа 1541 в
комплекте со специальным
магнитным сердечником слу-
жит также для измерена»
магнитной проницаемости в
пределах 1,0001—2. На
рис. 13-13 изображен ком-
плекс из трех приборов ти-
па 1531, предназначенный
для измерения и регистра-
ции трех составляющих на-
пряженности магнитного по-
ля. Такая установка снаб-
жена, кроме того, измерите-
лем и регистратором темпе-
Рис. 13-13. Агрегат из трех приборов
типа 1531 Института Фёрстера для
измерения и записи трех составляю-
щих напряженности магнитного поля
[Л. 386].
ратуры.
Фирма F.W. Bell (США)
выпускает серию из пяти
типов приборов на датчиках
Холла, служащих для изме-
рений напряженности' посто-
янного и переменного маг-
нитных полей [Л. 385].
Эти приборы охватывают
диапазон измерений от 0—1 мэ до 0—100 кэ при точности ±1%
до Ю кэ и (2^2,5) % До 30 кэ. Приборы имеют.хорошие эксплуата-
ционные свойства, а именно:
1) быструю готовность к работе (измерительные схемы на тран-
зисторах) ;
2) комплект разнообразных измерительных зондов;
3) выход напряжения Холла как на встроенный стрелочный
14* ‘ 211
Прибор, так и внешний выход (порядка нескольких вольт), на
осциллограф или на схему регулирования.
На рис. 13-14 представлена модель 240 прибора фирмы Белл
с 12 поддиапазонами от 0,1 до 30 000 э и точностью 1%.
Интересным с точки зрения схемы измерений и температурной
компенсации является прибор ИМИ-3 (Е11-3), описанный Воейко-
вым [Л. 568] и имеющий следующие технические данные: измери-
тельный диапазон 100—16 000 э, точность ±1,5% ±1 э; диапазон
Рис. 13-14. Измеритель магнитной индукции фир-
мы Белл.
рабочих температур — 30-ь+ 50° С; температурная погрешность
±0,3%/10° С. В нем использован датчик Холла из германия с удель-
ным сопротивлением 2—3 ом-см и размерами 2,7X2,7X0,4 мм.
Такие высокие параметры получены благодаря применению:
1) переменного управляющего тока;
2) компенсационного метода измерения напряжения Холла;
3) термостатирования датчика Холла.
Блок-схема прибора представлена на рис. 13-15.
На рис. 13-16 дана схема компенсационной системы. Датчик
Холла питается от усилителя мощности через трансформаторы пере-
менным током 1Х с частотой 1 кгц. Напряжение Холла и компен-
сирующее его напряжение Ud с потенциометра D уравниваются
в сеточной цепи первой лампы указателя равновесия на резисторе
Rs. В целях устранения взаимного влияния датчика Холла и по-
тенциометра в цепь включены дополнительные сопротивления Ri и
Rs- Опорное напряжение Ua и напряжение с делителя U'D на ре-
зисторе Rs пропорционально Напряжение Холла Uh и напряже-
ние U'h, созданное датчиком Холла на резисторе R3, пропорцио-
нальны току /х, а следовательно, и току Ввиду этого
Un = mHh, a U'H=npIi,
где т и п — коэффициенты пропорциональности, р— отсчет с по-
тенциометра.
212
Ё момент равновесия U'h—U'd, и в это время отсчет с fiotert-
циометра р~ (т)п)Н не зависит от тока Ц. Благодаря этой особен-
ности схемы изменение напряжения питания, а также замена ламп
усилителя мощности ие вызы-
вают дополнительных погреш-
ностей.
Разность напряжений V'и
и U'd после усиления в четы-
рехкаскадпом избирательном
усилителе подается на индика-
тор' равновесия. Чувствитель-
ность усилителя датчика равно-
весия при частоте 1 кгц со-
ставляет 5—7 что соответ-
ствует измеряемой напряжен-
ности поля примерло 0,7 э.
Как уже отмечено, прибор,
благодаря термостатировалию
датчика Холла, работает в очень
широком интервале темпера-
тур. С этой целью датчик Хол-
ла помещен в небольшой ла-
Рие. 13-15. Блок-схема компенса-
ционного измерителя напряженно-
сти магнитного поля типа ИМИ-3
(Е11-3) [Л. 568].
Г —генератор; yh У2 — усилители; X —
компенсационная схема; О —указатель
равновесия; X — датчик Холла; Р — ре-
гулятор температуры.
тунныи корпус, на который на-
вита обмотка нагревателя, внутри корпуса также помещен терми-
стор КМТ-1.1, Датчик Холла имеет тепловую изоляцию от стенок
корпуса, зато термистору обеспечен непосредственный и хороший
контакт как с обмоткой нагревателя, так и с корпусом. При такой
конструкции изменения температуры корпуса быстро передаются
термистору и .относительно мало воздействуют на датчик Холла.
Рис. 13-16. Принципиальная схема
компенсационной цепи измерителя
ИМИ-3 (Е11-3) [Л. 568].
Упрощенная схема регулятора
температуры дана на рис. 13-17.
Термистор КМТ-.11 включен
в ветвь моста, составленного
из сопротивлений /?2. вз-
моет уравновешен при темпе-
ратуре 55° С. Если температура
дойдет до 56,5° С, неуравнове-
шенность моста приводит к сра-
батыванию реле Р, включенно-
го между лампами Л| и Л2-
При этом последовательно с
нагревателем включается со-
противление /?5, мощность на-
гревателя уменьшается и тем-
пература корпуса начинает сни-
жаться. Если температура кор-
пуса достигнет 53,5° С, измене-
ние активного сопротивления
термистора приводит к сраба-
тыванию реле в противополож-
ном направлении. Периодиче-
ское колебание температуры
корпуса, составляющее ±1,5° С,
не передаются датчику Холла,
так как полный цикл смены
213
Рис. 13-17. Система термостатирова-
ния датчика Холла в измерителе
ИМИ-3 (Е11-3) [Л. 568].
температуры составляет 15—30 сек. Изменения температуры датчика
Холла составляют только ± (0,1 ±0,25)° С.
Прибор Е11-3 оснащен зондами двух типов:
1) тип «М» с размерами 6X10X60 мм служит для измерения
полей постоянных магнитов;
2) тип «С» с размерами 0 10X120 мм — для измерения полей
в соленоидах.
Тепловой режим датчиков устанавливается по истечении 5—
10 мин. Продолжительность измерения 0,5—1 мин.
На рис. 13-18 изображена принципиальная схема прибора для
диапазона 0,05—17 000 э с точностью ±1 % ±0,05 э при окружающей
температуре (20±5)°С и абсолютной влажности до 80%. Она по-
зволяет также проводить абсолютные измерения топографии поля
с точностью 1—3%, а также флюктуаций поля в одной точке. Дат-
чик Холла с размерами
2,0Х 1,7x0,6 мм, выполнен-
ный из п—Ge с удельным
сопротивлением 5 ом см,
питается синусоидальным
током с частотой 2 500 гц.
Область применения
датчиков Холла распростра-
няется также на измерение
очень слабых магнитных по-
лей— порядка изменений
напряженности земного по-
ля, т. е. 10~5 э. Практиче-
ское решение этой проблемы
ограничено порогом чувстви-
тельности измерителя на-
пряжения Холла, а также
отношением полезного на-
пряжения к напряжению
шумов и различных помех.
Порог чувствительно-
сти усилителя постоянного
и переменного токов опре-
делен стабильностью нуля
и составляет около 0,1 мкв.
Главным источником по-
мех напряжения Холла яв-
ляется нестабильность оста-
точного напряжения. В датчиках Холла, выполненных из InAs,
изменения остаточного напряжения при номинальной нагруз-
ке не превышают 0,1 мкв [Л. 194] (для германиевых датчиков Холла
это значение в несколько десятков раз выше). Максимальная чув-
ствительность датчика Холла из InAs составляет 0,05 мкв/мэ. Уве-
личить чувствительность можно одним из способов, указанных
в § 13-1. Чаще всего используют концентраторы. Подробные иссле-
дования этого вопроса содержатся в работе Хиронимуса и Вайса
[Л. 194]. Применяя концентраторы из мюметалла, а также специаль-
но подобранные датчики Холла из InAs, они получили чувствитель-
ность 2,3- 105 э/дел (в совокупности с усилителем) и 2,6- 10~3 э/дел
для переносного прибора без усилителя.
214
Рис. 13-18. Принципиальная схема измерителя напряженности магнитного поля согласно Александру и Васи-
левской [Л. 525].
На рис. 13-19 дана упрощенная принципиальная схема магнито-
метра на основе датчика Холла с концентраторами [Л. 519].
Напряжение с датчика Холла 1 через потенциометр 2 подается
на транзисторный усилитель 3 и измеряется прибором 4. Датчик
Холла (FA23 фирмы «Сименс») питается переменным током часто-
той 1 000 гц от генератора 5. Источником питания усилителя являет-
ся сухая батарея 2X4,5 в (6), а генератора — железно-никелевый
аккумулятор 12 в (7).
От аккумулятора питаются обмотки: 8— компенсирующая оста-
точное напряжение датчика Холла и 9 — компенсирующая напряжен-
ность земного поля. Обе эти обмотки помещены на концентрато-
рах 10. Остаточное напряжение зависит от величины управляющего
Рис. 13-19. Упрощенная схема измери-
теля напряженности магнитного поля с кон-
центраторами [Л. 519].
тока. Следовательно, ток в компенсирующей обмотке 8 должен быть
всегда пропорционален управляющему току. Оба тока уравниваются
перед началом измерения по показаниям прибора 4, причем ток
в обмотке 8 корректируется по значениям управляющего тока. Одно-
временное измерение исключает влияние температуры на точность
измерения.
После переключения прибора на измерение тока в обмотке 9
последний устанавливается по черте, обозначенной на шкале прибо-
ра. Тогда напряженность возбуждающего поля составляет 1 э.
В поддиапазоне 1 э стрелка прибора (после подключения его к вы-
ходу усилителя) устанавливается на конец шкалы при помощи соот-
ветствующей регулировки усиления усилителя 3. До регулирования
датчик необходимо установить в перпендикулярном к линии земного
ноля положении или в таком направлении, чтобы при выключенном
токе в обмотке 9 стрелка прибора стояла на пуле.
Применяемые концентраторы из сплава 1040 с начальной про-
ницаемостью 40 000 гс)э имеют размеры 0 10X300 мм (общая длн-
216
на 600 мм) и дают усиление индукции в 350 раз. ФазочувсТВитеЛЬ-
ный усилитель на транзисторах имеет выходную чувствительность
около 1 мкв/дел. Измерительные диапазоны 0—3, 10, 100, 300 и
1000 мэ. В диапазоне 3 мэ чувствительность составляет 10у/дел.
Точность ±1,5%. Здесь необходимо обратить внимание на трудно-
сти, появляющиеся при градуировке прибора и связанные с флюк-
туациями напряженности земного поля.
Миллигэп и Берджес [Л. 334] добились огромной чувствитель-
ности датчиков Холла благодаря применению низких температур.
Известно, что подвижность 'носителей тока и коэффициент Холла,
а значит и напряжение Холла, сильно увеличиваются при пониже-
нии температуры.
Датчик Холла из InSb (при управляющем токе 350 ма), поме-
щенный между концентраторами, при температуре 78° К в поле с на-
пряженностью 1 э дает напряжение, равное il в, что соответст-
вует чувствительности почти 3 000 в/а • кгс, а без концентрато-
ров 30 в/a -кгс. Для сравнения отметим, что чувствительность
датчика Холла фирмы «Сименс» FC33 при 300° К составляет
0,145 в!а-кгс.
Видер [Л. 504] изготовил магнитометр' на датчике Холла для
измерения напряженности переменного поля в диапазоне 100 гц—
5 Мгц. С целью получения большой вольтовой чувствительности дат-
чик Холла, изготовленный методом вакуумного напыления антимо-
нида индия (размеры 1,6 10~3Х2,4Х4,8 мм, коэффициент Холла
155,3 ел3-/;-1), вставляется в зазор между ферритовыми концентра-
торами, а для питания используется импульсный ток прямоугольной
формы. Минимальное значение измеряемого поля при 1 кгц состав-
ляет 1,8 мэ, а при 5 Мгц— 1 э. Линейность выходного напряжения
была не ниже ±2% в диапазоне 10~3—104 э. Чувствительность маг-
нитометра, по мнению автора, можно значительно увеличить соот-
ветствующим подбором параметров импульса управляющего тока
и улучшением конструкции концентраторов.
13-3. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПЕРЕМЕННОГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Измерение напряженности переменного поля с помощью датчи-
ков Холла производится гораздо реже, чем измерение постоянного
поля, поскольку в большинстве случаев достаточно точными явля-
ются измерения индукционным методом — измерение э. д. с., индук-
тированной в неподвижной катушке, которая может иметь доста-
точно малые размеры.
Однако э. д. с., возникающая в катушке, пропорциональна ие
только напряженности (индукции) магнитного поля, но и частоте
этого поля. Следовательно, в случае полей переменной частоты целе-
сообразнее применять в качестве измерителя датчик Холла.
Из промышленных образцов только фирма Bell предлагает при-
боры для измерений переменных полей, а именно прибор модели 350
с диапазоном измерений от 0—100 э до 0—3 кэ (при использовании
специального высокочувствительного зонда можно проводить изме-
217
рения й в диапазоне 0—1 мя); частотный диапазон измеряемого
поля 10 гц—30 кгц *.
Видер [Л. 504] описал лабораторный измеритель переменных
магнитных полей, работающий на частотах от 100. гц до 5 Мгц.
13-4. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ
МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Необходимость в измерении импульсных магнитных полей появ-
ляется при исследовании ферромагнитных материалов, работающих
в импульсных режимах (исследование сердечников импульсных
трансформаторов, измерение полей рассеяния электромагнитных
импульсных схем и т. д.). Существующие индукционные методы не
позволяют непосредственно определить значения мгновенной напря-
Рис. 13-20. Блок-схема измерителя напряженности
импульсного магнитного поля.
ГИ—генератор импульсов; У —усилитель; О — осциллограф;
ГОЧ — генератор опорной частоты.
женности поля по причине большой инерции измерительной цепи.
Свойства датчика Холла делают возможным точное воспроизведение
как амплитуды, так и формы измеряемого импульса.
На рис. 13-20 дана блок-схема прибора для исследования ди-
намики импульсных магнитных полей.
Динамические характеристики поля определяют измерением рас-
пределения поля в определенном направлении в разные моменты
цикла нарастания магнитного поля. Датчик Холла помещается
в зазоре исследуемого электромагнита. Напряжение Холла через
усилитель подведено к вертикально отклоняющим пластинам осцил-
лографа. К усилителю горизонтального отклонения осциллографа
подводится пилообразное напряжение с генератора развертки, ко-
торый возбуждается от синхронизированных импульсов па выходе
импульсного генератора, создающего импульсное магнитное поле.
В этом способе запуск развертки времени синхронизируется с на-
чалом исследуемого магнитного импульса.
* Измерители магнитной индукции для переменных полей вы-
пускаются также промышленностью СССР (например, тип
ИМИ-Г-70), ФРГ (тип 1074 Forster), США (тип 750 Radio Frequency
Labs) (прим. ped.).
218
Кузьмин и Камашев [Л. 617] исследовали с помощью вышеупо-
мянутой схемы поля в импульсных ускорителях с точностью поряд-
ка 5%.
В работе [Л. 618] описан прибор для измерения импульсных
магнитных полей с диапазоном измерений 1—1 000 э и точностью
±(2-=-3)%. Измерения проводятся с помощью стрелочного прибора
и осциллографа. Длительность в пределах 20 мксек—20 мсек (выход
с осциллографа) и 0,1—20 мсек (стрелочный прибор). Для компен-
сации влияния изменений окружающей температуры на параметры
датчика Холла использован полупроводниковый диод. Он находится
в непосредственном тепловом контакте с датчиком Холла, а элек-
трически включен в цепь управляющего тока и соответственно его
корректирует.
13-5. ИЗМЕРЕНИЕ ГРАДИЕНТА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ
Если взять два датчика Холла с одинаковыми вольтовой чув-
ствительностью и характеристикой Uv = f(H), установить их парал-
лельно друг другу на небольшом расстоянии, соединить встречно их
холловские цепи (рис. 13-21) и поместить в
поле, то на приборе (mV) получим нулевое
показание. Если же блок датчиков Холла
находится в поле с устойчивым градиентом,
то каждый из датчиков Холла будет нахо-
диться в поле с другой напряженностью и
прибор покажет разность двух напряжений
Холла Uyi и иу2, являющихся мерой гради-
ента напряженности магнитного поля. Дат-
чики Холла могут также питаться перемен-
ным током [Л. 396].
В упомянутом уже Французском Цент-
однородное магнитное
Рис. 13-21. Упрощен-
ная принципиальная
схема измерителя
градиента напряжен-
ности магнитного
поля.
ре ядерных исследований создана установка
для определения топографии магнитного по-
ля на плоскости (х, у—автоматически) и
в пространстве (г — вручную). Эта уста-
новка [Л. 106] создана в виде каретки на
колесах, перемещающей датчик Холла
в трех направлениях. Рабочий объем со-
ставляет 0,9 м3 (2X1X0,45 м) и является
достаточным для лабораторных исследо-
ваний электромагнитных полей. Точность ограничена
записи и составляет 30 э при поле в 15000 э, т. е.
скоростью
0,2%. Эта
установка позволяет в течение 3 ч проводить исследование
поля магнита площадью 1X2 м2 с измерением через каждый
миллиметр. Применявшиеся ранее методы требовали для таких изме-
рений до двух недель. В этом же Центре датчики Холла применяют-
ся также для многоточечной дистанционной регистрации магнитного
поля магнитов синхротрона, находящихся в зоне с большой радиа-
цией. В работе [Л. 106] даны блок-схема установки, а также ее при-
близительное описание.
Кроме того, необходимо упомянуть о стабилизаторах поля элек-
тромагнитов на основе датчиков Холла (стабильность поля порядка
0,01%), о приборе для измерения магнитного отклонения поля Земли
[Л. 106], а также о компасе на датчике Холла [Л. 255 и 408].
219
Глава четырнадцатая
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ
МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Весьма существенной проблемой при исследовании
магнитных материалов является необходимость стати-
ческого и непосредственного измерения магнитной ин-
дукции в магнитной цепи. Существующие методы позво-
ляют определять только значение средней магнитной ин-
дукции, так как измеряется суммарный магнитный по-
ток во всем сечении образца. Это сечение должно быть
при этом достаточно большим, чтобы обеспечить соот-
ветствующую чувствительность измерения. Определение
индукции опирается, таким образом, на предположе-
ние об однородности распределения индукции в попе-
речном сечении образца. Понятно, что это предполо-
жение является причиной погрешностей, вызываемых
неоднородностью магнитных материалов и т. п. Сущест-
вующие до сего времени методы измерения индукции
требовали или применения импульсного питания (что
приводило к погрешностям от вихревых токов магнит-
ного гистерезиса), или же перемещения измерительной
катушки (что удлиняло время измерения, затрудняло
измерение, а также требовало изготовления особой из-
мерительной катушки для каждого вида образца).
Датчики Холла, наряду с известными возможностями
статического измерения полей в зазорах, позволяют в не-
которых случаях измерять магнитную индукцию в усло-
виях практически замкнутой магнитной цепи; длина
зазора, необходимого для помещения датчика Холла,
может составлять ~6О мкм в случае пленочного датчи-
ка Холла и менее 1 мм в случае датчика Холла, изго-
товленного из кристаллических материалов.
На рис. 14-1,а, б (Л. 763] показаны два способа поме-
щения датчика Холла X в цепь пермеаметра для иссле-
дования постоянных магнитов.
Размещение датчика Холла в соответствии с рис.
14-1,а позволяет непосредственно измерять индукцию в
магните М. Этот способ подходит для очень тонких
датчиков Холла, так как большой зазор приводит к из-
менению распределения индукции вдоль образца и к
значительному увеличению потока рассеяния Фг, что
сильно ухудшает точность измерения (тем больше, чем
короче образец и длиннее зазор).
220
Если толщина датчика Холла превышает 100 мкм,
его надо разместить так, как показано на рис. 14-1,6.
В случае размагничивания образца на датчик Холла дей-
ствует поток магнита Ф'м и поток размагничивающих ка-
тушек Фс. С целью устранения влияния потока катушек
на датчик Холла в цепь катушек включен магнитный
шунт, которым определяется величина компенсационно-
го напряжения в зависимости от длины образца и неза-
висимо от его сечения и материала. Размещение катушек
вблизи середины ярма также значительно уменьшает
влияние потока рассеяния катушек на датчик Холла.
Сравнение результатов, полученных при помощи дат-
чика Холла и индукционно-импульсным методом, пока-
зало их совпадение с точностью 3—6%'.
Другим свойством датчиков Холла, существенным
для исследования магнитных материалов, является воз-
можность статического и непосредственного измерения
напряженности магнитно-
го поля в исследуемой це-
пи. Используемые до на-
стоящего времени для
этой цели катушки Рогов-
ского имеют значительно
большие размеры, не да-
ют непосредственно ре-
зультата измерения и тре-
буют смены положения
катушки.
Как известно, тангенци-
альные составляющие на-
пряженности магнитного поля
го тела и воздуха равны.
му телу, которым является,
ферромагнитного материала,
Рис. 14-2 Измерение тангенциаль-
ной составляющей напряженности
магнитного поля Н3 с помощью
одного датчика Холла X.
на границе ферромагнитно-
Кроме того, если к исследуемо-
например, пластина П из
перпендикулярно приложить
221
датчик Холла X с возможно малыми размерами (рис.
14-2), то, измеряя тангенциальную составляющую напря-
женности магнитного поля в воздухе рядом с поверх-
ностью исследуемого тела, мы измеряем тем самым тан-
генциальную составляющую напряженности поля внутри
этого тела.
Рис. 14-3. Измерение тан-
генциальной составляющей
напряженности магнитного
поля с помощью системы из
двух датчиков Холла «К
и Х%.
Диапазон измерений тангенциальной составляющей
напряженности, требующийся на практике, например
при измерении коэрцитивной силы постоянных магнитов,
простирается от долей эрстеда
до 1 000 э. Измерения напря-
женности поля порядка 10 э и
больше могут быть осущест-
влены с помощью одного дат-
чика Холла с точностью 1—270-
Измерение меньших значений
поля требует применения си-
стемы двух датчиков Холла
с целью компенсации погрешно-
стей от собственного поля дат-
чика Холла, возникающего при
протекании управляющего тока.
На рис. 14-3 показана си-
стема из двух датчиков Хол-
ла X, и Х2, управляющие то-
ки которых 1х1 и 1х2 имеют
взаимно противоположное направление, а выводы соеди-
няются так, что дают сумму холловских напряжений
Uy = Uyl+iUy2. Такое решение позволяет измерять тан-
генциальную составляющую величиной 10 мэ < точностью
±1%. Всесторонний анализ этого устройства дали Курт
и Хартель [Л. 279].
Фирма «Сименс» производит датчики Холла двух
типов для измерения тангенциальной составляющей на-
пряженности поля1: ТС21—единичный датчик Холла
с чувствительностью 8,4 мв/кгс и размерами а = 4 мм и
& = 2 мм, а также TC21d — система из Двух датчиков
Холла с чувствительностью 10 мв[кгс и площадью по-
верхности 0,05 см2. Расстояние края полупроводникового
элемента от поверхности основного корпуса, а значит и
от поверхности исследуемого тела составляет 0,1 мм.
1 См. каталог кристаллических датчиков Холла в конце
книги.
222
Тангенциальный датчик Холла ВН207 фирмы Bell
отличается весьма малой площадью, которая составляет
0,002 см2.
Описанные выше способы измерения магнитной ин-
дукции и напряженности поля, благодаря возможности
быстрого, непосредственного и практически точечного
измерения полей рассеяния и исследования распределе-
ния полей, позволяют также усовершенствовать ряд
приборов, предназначенных для исследования свойств
магнитномягких материалов и постоянных магнитов.
14-1. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ
Датчики Холла можно успешно использовать для
исследования петли гистерезиса магнитномягких мате-
риалов в разомкнутой цепи [Л. 529]. При этом к усилите-
лю горизонтального отклонения осциллографа О (рис.
14-4) подается напряжение с сопротивления Д, пропор-
циональное току намагничивания /т, а следовательно,
Рис. 14-4. Упрощенная принципиальная схема
для исследования магнитной петли гистере-
зиса.
и напряженности поля в образце Е. Здесь можно исполь-
зовать также и тангенциальный датчик Холла, выходное
напряжение которого было бы прямо пропорционально
напряженности магнитного поля в образце Е.
С датчика Холла, находящегося в зазоре образца,
снимается напряжение, пропорциональное магнитной ин-
дукции в том же образце, которое подается к электродам
вертикального отклонения.
223
нитного материала
Рис. 14-5. Устройство
для исследования
магнитных свойств
образца Е в сердеч-
нике /.
. 14-6 показан
Таким образом, йа экране Осциллографа получается
петля гистерезиса исследуемого образца, которым в этом
случае является вся магнитная цепь. Такую схему мож-
но использовать также для исследования образцов, яв-
ляющихся частью цепи, как, например, образец Е на
рис. 14-5. Тогда ярмо должно быть выполнено из маг-
с большой проницаемостью и боль-
шой индукцией насыщения, чтобы
его магнитное сопротивление было
пренебрежимо мало по сравнению
с магнитным сопротивлением об-
разца и чтобы образец можно
было намагнитить до насыщения,
не доводя до насыщения ярмо.
Достоинством схемы является,
между прочим, возможность иссле-
дования материала в очень широком
диапазоне частоты.
Хилсум и Роуз-Инс (Л. 198, 199]
изготовили датчик Холла, измеряю-
щий магнитную восприимчивость
в схеме магнитного моста, анало-
гичной схеме моста Уитстона. На
эскиз такого прибора. Роль источ-
ника питания выполняет постоянный магнит с полюсами
NS, роль сопротивлений в плечах мостика — магнитная
восприимчивость зазоров 1, 2, 3 и 4, а роль индикатора
равновесия — датчик Холла X. В случае равновесия
моста в точках А и В нет разности магнитных потенциа-
лов, т. е. в цепи с датчиком Холла нет магнитного пото-
ка. Изменяя магнитную восприимчивость одного из зазо-
ров путем помещения в него исследуемого материала,
нарушают равновесие моста, а в датчике Холла появля-
ется напряжение, являющееся мерой измеряемой вос-
приимчивости. В изготовленном Хилсумом приборе ин-
дукция в каждом зазоре составляет 1 500 гс (длина за-
зора 5 мм, сечение 0,5 см2)', датчик Холла, изготовлен-
ный из антимонида индия, питается от транзисторного
генератора; измеряемое напряжение усиливается. В ре-
зультате улавливаются изменения магнитного поля на
~ IO-14 э и магнитной восприимчивости порядка 10~8 ед.
сгс.
Февралева и Таранов [Л. 679] использовали датчик
Холла для измерения коэрцитивной силы магнитномяг-
224
Рис. 14-6. Эскиз измерителя
магнитной восприимчивости.
«их материалов. Принципиальная схема коэрцитиметра
показана на рис. 14-7, Исследуемый образец в виде тон-
кой пластинки 1 помещен в держатель 2 так, чтобы по-
ток, полученный при намагничивании пластинки, про-
никал через датчик, помещенный в держателе. Верхняя
часть держателя 3 прижата к основанию с помощью пру-
жины, что обеспечивает ми-
нимальный зазор между об-
разцом и двумя датчиками
Холла. Держатель можно
свободно передвигать по на-
правляющим 5 соленоида 6.
Выбор длины и диаметра со-
леноида вытекает из усло-
вий получения заданной од-
нородности магнитного поля.
Переключатель П служит
для переключения намагни-
чивающего и размагничивающего тока. Размагничиваю-
щий ток регулируется при помощи сопротивления R<.
Рис. 14-7. Устройство коэрцитиметра на датчиках Холла
для измерения коэрцитивной силы магнитномягких мате-
риалов.
15—1401 225
Значение размагничивающего ПОЛЯ определяется ПО по-
казанию миллиамперметра в цепи питания соленоида.
С целью увеличения чувствительности прибора примене-
ны три датчика Холла 4, которые питаются от трех не-
зависимых источников тока. Сопротивления R%, Rs и /?4
служат для установки управляющих токов датчиков
Холла. Остаточное напряжение компенсируется напря-
жением с сопротивления питаемого от независи-
мого источника тока с помощью переменного сопротив-
ления Л?е-
При исследовании материалов с малым значением ко-
эрцитивной силы внешние магнитные поля (как, напри-
мер, поля больших токов, постоянных магнитов, поле
Земли) могут сильно влиять на датчик Холла, а также
дополнительно подмагничивать исследуемый образец,
что приводит к увеличению погрешностей. Кроме внеш-
них магнитных полей на точность измерения влияет
также поле, созданное управляющим током датчиков
Холла. Предположим, что
во время работы коэрци-
тиметр предохранен от
действия внешних источ-
ников тока. Рассмотрим
теперь подробно влияние
поля Земли с напряжен-
ностью Hg и поля, вызы-
ваемого управляющим то-
ком датчика Холла с на-
пряженностью Н], в схеме
трех прямоугольных ко-
ординат (рис. 14-8).
Вертикальная состав-
ляющая напряженности
поля Земли направлена
Рис. 14-8. Компоненты напряжен-
ности магнитного поля Земли Hg
и поля Hi управляющего тока
в предположении, что Hg = Hi~
—Н w.
перпендикулярно к ак-
тивной поверхности дат-
чика Холла и оказывает влияние на величину вы-
ходного напряжения. Однако это не вызывает помех,
так как перед началом измерений при выключенном токе
в приборе и отсутствии исследуемого образца осуществ-
ляется компенсация напряжения на выходе датчика
Холла — как остаточного, так и напряжения, вызванного
полем Земли. Вертикальная составляющая поля Земли
практически не подмагничивает исследуемый образец
226
П, так как образец выполнен в виде тонкой пластины.
Горизонтальные составляющие магнитных полей (т. е.
поля Земли и поля, созданного управляющим током),
направленные вдоль датчика Холла, не влияют на на-
пряжение Холла. Продольная горизонтальная состав-
ляющая поля Земли Нх может вызывать дополнительное
подмагничивание образца и тем самым увеличивать по-
грешность измерения. С целью компенсаци этой состав-
ляющей можно использовать дополнительные катушки
на соленоиде или установить соленоид перпендикулярно
горизонтальной составляющей. Поперечная горизонталь-
ная составляющая поля Земли Ну намагничивает обра-
зец в направлении оси у, что может
влиять на напряжение Холла. Одна-
ко при симметричном расположении
образца относительно датчика Хол-
ла поток, намагничивающий обра-
зец, дважды пересекает датчик
Холла в двух противоположных на-
правлениях, что уменьшает влияние
этой составляющей на напряжение
Холла.
Вертикальная составляющая Hz
напряженности поля от управляюще-
r^zzzzzzz^zzza
Л ' • . -Г
Рис. 14-9. Конструк-
ция датчика Холла в
медном корпусе, слу-
жащем для компен-
сации поля управ-
ляющего тока.
/ — датчик Холла: 2 —
корпус.
го тока практически не подмагничи-
вает образца и поэтому влиянием этой составляющей мож-
но пренебречь. Наибольшую погрешность вводит продоль-
ная горизонтальная составляющая Нх напряженности
магнитного поля, вызванного управляющим током дат-
чика Холла. Эффективная компенсация этой погрешно-
сти получается благодаря питанию датчика Холла по
схеме, показанной на рис. 14-9. Управляющий ток дат-
чика Холла /, находящегося в корпусе из меди 2 и изо-
лированного конденсаторной бумагой, протекает по дат-
чику Холла и корпусу в противоположных направлениях.
Это вызывает значительное уменьшение влияния напря-
женности магнитного поля, вызванного управляющим
током датчика Холла.
Чувствительность датчика Холла составляет 31,8-МКв/э.
Напряжение Холла измеряется при помощи прибора с
пределом измерения 100мкв. Порог чувствительности из-
мерительной схемы составляет 15 мэ. При изменении
управляющего тока датчика Холла на 50% погрешность
не превышает 2%; измерительный диапазон — 0,1—5 э.
15*
227
Повысить чувствительность коэрцитиметра от 0,01 э
можно;
1) при увеличении числа датчиков Холла, уложен-
ных друг на друга;
2) применяя датчики Холла, изготовленные из ма-
териалов с большим коэффициентом Холла и малой ве-
личиной остаточного напряжения;
3) применяя переменный управляющий ток и уси-
ление напряжения Холла;
4) уменьшая влияние внешних полей.
Фирман разработал прибор [Л. 481] на датчиках
Холла, применяющийся для измерений намагниченности
насыщения магнитных материалов. Прибор действует
а)
Рис. 14-10. Измеритель намагниченности насыщения.
а — измерительная часть схемы; б — расположение датчиков Холла
и образца.
следующим образом: два идентичных, специально подо-
бранных датчика Холла Xi и Х2 (рис. 14-10,а) с диффе-
ренциально соединенными выходами помещаются в од-
нородное поле Но (рис. 14-10,6), например, в зазоре
электромагнита.
До приближения образца Р к датчикам Холла сум-
марное напряжение Холла равно нулю при любом зна-
чении напряженности поля Но. Введение образца в маг-
нитное поле и намагничивание его до намагниченности
/ вызывает, как видно из рис. 14-10,6, рост напряжен-
ности поля, действующего на датчик Холла Xlt на вели-
228
чину ХН, которая для шаровидного или цилиндрическо-
го образца составляет

где k — постоянный коэффициент, г—радиус образца,
z — расстояние образца от датчика Холла
Из сказанного следует, что образец должен всегда
помещаться на одинаковом расстоянии от датчика Хол-
ла (зависимость от г) и все образцы должны иметь оди-
наковые размеры (зависимость от г). Применены дат-
чики Холла из InAs с активным сопротивлением около
1,5 ом, размерами 12,5X3,1X0,125 мм, максимальным
управляющим током 500 ма (в приборе— 150 ма) и чув-
ствительностью 50 мкв!а-э. Конструкция прибора обе-
спечивает возможность нагревания или охлаждения
образца. Прибор отградуирован с помощью образца
с известной намагниченностью, т. е. никеля (соответст-
вующая намагниченность <тщ=54,6 гс-см3-г~^ при ком-
натной температуре). Чувствительность прибора состав-
ляет 10 мкв)гс • см3, точность ±1°/о при 20 гс-см3. Такой
прибор по сравнению с магнитометрами, в которых при-
менена вращающаяся или
вибрирующая катушка,
отличается при одинако-
вой точности и чувстви-
тельности простотой и не-
большой стоимостью.
Из приборов промыш-
ленного исполнения для
исследования магнитно-
мягких материалов сле-
дует назвать прибор типа
1541 института Forster.
С помощью этого прибо-
ра можно измерять маг-
нитную проницаемость в
интервале 1,001—2.
Асмус и Бол (Л. 7] при-
водят результаты иссле-
ледования распределения
напряженности магнитно-
Рис. 14-11. Распределение напря-
женности поля в рамке, изготов-
ленной из кремниевой стали е
крупнозернистой структурой.
го поля вдоль магнитной Цепи в виде рамы с внешними
размерами 57X43 мм, шириной 6 мм и толщиной 2,5мм.
Цепь выполнена Из кремниевой стали с крупнозернистой
229
структурой (площадь (поперечного сечения кристаллов
составляет 50—100 мм2, т. е. значительно больше, чем
поверхность датчика Холла).
На рис. 14-11 дано (распределение кристаллов, а так-
же распределение напряженности поля этих кристаллов.
Необходимо заметить, что значения напряженности по-
ля отдельных кристаллов значительно отличаются
(в пределах 0,1—7,5 э).
Кроме того, Асмус и Бол исследовали распределение
проницаемости в текстурованной электротехнической ли-
стовой стали в зависимости от направления прокатки,
а также указали, что применение датчиков Холла для
измерения напряженности магнитного поля при сня-
тии кривой намагничивания незамкнутой магнитной це-
пи в виде, например, полосового железа дает результа-
ты более точные, чем применение других существующих
методов.
14-2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
Исследование магнитных свойств постоянных магни-
тов заключается прежде всего в измерении коэрцитив-
ной силы и снятии кривой намагничивания. Важную
проблему представляет также текущий контроль магни-
тов в производственных условиях.
Измерения коэрцитивной силы (по индукции или по
намагничиванию) выполняются чаще всего с помощью
ярма Ноймана или — значительно быстрей — с помощью
коэрцитиметра Ноймана с вращающейся катушкой в ка-
честве датчика исчезновения намагниченности. Однако

Рис. 14-12. Упрощенная схема коэрцитиметра на датчиках Холла.
и, — источник постоянного напряжения (100 в, 15 а) для питания размагничи-
вающей катушки; Ri—R3 — резисторы для регулирования тока катушки; К —
размагничивающая катушка с постоянной £=51,6 э/а; Р — исследуемый обра-
зец — постоянный магинт; X — датчик Холла типа CHI; G — показывающий
гальванометр; R4, Rs — шунты; U2 — источник постоянного напряжения (6—8 в,
20 ма] для питания датчика Холла; mA — миллиамперметр магнитоэлектриче-
ский, 0—30 ма, класс 0,5.
230
Рис. 14-13. Коэрцитиметр с
сердечником и с двумя дат-
чиками Холла.
/ — электромагнит: 2 — иссле-
дуемый магнит; 3, 4 — датчики
Холла; 5, 6 — измерительные
приборы; 7 — блок питания; 8 —
электромагнитные катушки.
Наличие вращающейся катушки является со всех точек
зрения неблагоприятным, так как приведение во враще-
ние катушки с помощью двигателя требует конструкции,
исключающей вибрацию катушки. С целью получения
на выходе постоянного тока необходимо применять вра-
щающуюся катушку с коллектором, что при нулевых
измерениях является источником дополнительных помех
(например, влияние термо-э. д. с.).
Вышеуказанных недостатков не имеет коэрцитиметр
(рис. 14-12), в котором вращающаяся катушка заменена
датчиком Холла [Л. 475]. Прин-
цип действия коэрцитиметра
следующий: намагниченный об-
разец Р размагничивается в
катушке Д до исчезновения со-
ставляющей намагниченности,
перпендикулярной к поверхно-
сти датчика Холла. В момент
исчезновения иама гниченности
гальванометр G покажет исче-
зновение напряжения Холла,
а в это время по амперметру Л
отсчитывается значение тока
размагничивания 1Р. Произве-
дение этого значения на по-
стоянную катушки дает значе-
ние коэрцитивной силы по на-
магниченности.
Использование датчика
Холла в коэрцитиметре дает
возможность получения боль-
шой точности измерения (огра-
ниченной чувствительностью датчика Холла и галь-
ванометра, а также точностью амперметра). Достигает-
ся это потому, что:
1) датчик Холла работает как нулевой элемент;
2) перед каждым измерением напряжение в выход-
ной цепи датчика Холла можно легко установить на
нуль;
3) длительность измерения — порядка нескольких се-
кунд, а следовательно, условия измерения (например,
температура) практически не изменяются.
Коэрцитиметр, описанный в [Л. 475], имеет диапазон
измерений 100—800 э и точность ±2%. Дальнейшая
231
работа «ад совершенствованием КоЭрцйтИМеТра Должна
дать возможность расширить диапазон измерений до
10—2000 э и увеличить точность до ±1%. Точность ко-
эрцитиметров с вращающейся катушкой или с магнит-
ным датчиком (пермаллоевый зонд) лучших загранич-
ных конструкций составляет ±,(1-г-2) %.
Непокрытый [Л. 753] описывает принцип действия
и конструкцию коэрцитиметра с двумя датчиками Хол-'
ла (рис. 14-13). Между по-
люсами электромагнита 1
с большим воздушным зазо-
ром помещается исследуе-
мый магнит 2 так, чтобы
у края одной из его торце-
вых поверхностей (равноуда-
5 6
Рис. 14-14. Дифференциальный
пермеаметр для контроля по-
стоянных магнитов.
1 — магиитопровод; 2, <3 —намагни-
чивающие катушки; 4— датчик
Холла; 5 — образцовый магнит; 6 —
исследуемый магнит.
ленных от поверхности полю-
сов) находился один датчик
Холла 3, являющийся (вме-
сте с прибором 5) датчиком
исчезновения намагниченно-
сти, а в нейтральной зоне —
другой датчик Холла 4, яв-
ляющийся (вместе с прибором 6) датчиком напряженно-
сти поля. Магнит намагничивается и размагничивается
в электромагните. В момент полного размагничивания
магнита, т. е. когда датчик исчезновения намагничен-
ности показывает отсутствие напряжения Холла, датчик
напряженности поля покажет значение коэрцитивной
силы. Преимуществом такого коэрцитиметра является,
между прочим, возможность простого получения сильных
магнитных полей. Всесторонний анализ точности этого
коэрцитиметра дан в [Л. 765].
Благодаря тому, что время измерения коэрцитивной
силы одного магнита с помощью коэрцитиметра, описан-
ного Непокрытым, составляет до 30—40 сек, этот коэр-
цитиметр используется для измерения и контроля коэр-
цитивной силы при серийном выпуске постоянных маг-
нитов.
X
Для контроля магнитных характеристик постоянных
магнитов предназначен также запатентованный Декке-
ром {Л. 648] прибор на датчике Холла, работающий как
дифференциальный пермеаметр; схема его представле-
на на рис. 14-14. Пермеаметр действует на основе
сравнения характеристик эталонного 5 и исследуемого 6
232
магнитов в магнитной цепи 1 с намагничивающими ка-
тушками 2 и 3 и датчиком Холла 4, служащим для
измерения разности магнитных индукций эталонного и
исследуемого магнитов. Такого рода контрольные
устройства могут иметь различные конструктивные
решения.
Сравнивая 'метод, основанный на использовании дат-
чика Холла, с другими методами исследования магнит-
ных свойств, нужно отметить, что применение датчиков
Холла дает возможность полутать — при такой же или
лучшей точности — более простую и дешевую конструк-
цию устройства, наиболее удобную в эксплуатации и
позволяющую .непосредственно измерять исследуемые
характеристики.
Глава пятнадцатая
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Достоинства датчиков Холла проявились при исполь-
зовании их для исследования электрических машин и
особенно при динамических исследованиях, а также
в эксплуатационных условиях.
Малые размеры, непосредственная и линейная зави-7
симость напряжения Холла от магнитной индукции, точ-
ное воспроизведение процессов, широкий диапазон ча-
стоты передаваемых сигналов — все эти, а также и дру-
гие свойства датчиков Холла позволили расширить и
упорядочить исследовательские работы в области элек-
трических машин постоянного и переменного тока мощ-
ностью от нескольких ватт до сотен киловатт. -
Для исследования электрических машин используют-
ся обычно пленочные датчики Холла, которые отлича-
ются маленькой толщиной (0,05—0,1 мм), а также кри-
сталлические датчики Холла, толщина которых, вообще
говоря, больше (0,3—0,5 мм), но площадь поверхности
может быть достаточно мала (2—4 мм2).
При динамических исследованиях необходимо счи-
таться со значительным ростом температуры части ма-
шин, с которыми соприкасается датчик Холла; поэтому
необходимо подбирать датчики Холла с малыми темпе-
ратурными коэффициентами выходного напряжения и
активного сопротивления, а также использовать компен-
сационные схемы.
233
В связи с тем что в электрических машинах появ-
ляется переменное магнитное поле, нельзя использовать
для датчиков Холла металлические корпуса ввиду воз-
можности их нагрева вихревыми токами.
Датчики Холла могут быть прикреплены ка,к к ро-
тору машины, так и к статору, а также могут быть
помещены в зазор и вообще не соприкасаться с дета-
лями машины. В случае закрепления на подвижной
части необходимо использовать четыре скользящих кон-
такта (два для цепи управляющего тока и два для сня-
тия выходного напряжения); при этом нужно учитывать
возможность появления паразитной термо-э. д. с.
Датчики Холла должны быть отградуированы и
скомпенсированы до размещения их в зазоре магнит-
ной цепи машин. Это условие является обязательным,
так как в зазоре всегда существует устойчивое магнит-
ное поле, возникающее из-за остаточной намагничен-
ности магнитных материалов.
Область исследований, которые можно провести, ис-
пользуя датчики Холла, является достаточно широкой и
охватывает измерение, исследование распределения и
регистрацию магнитных полей во времени и простран-
стве при разных условиях работы машин, гармонический
анализ полей, исследование и регулирование моментов,
исследование процессов коммутации, измерение потерь
в меди, исследование скольжения асинхронных машин
и т. п. Применению датчиков Холла для исследования
электрических машин посвящено уже около 30 публи-
каций. Имеющиеся достижения в этой области обобщил
Нюрнберг (Л. 360].
15-1. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Датчики Холла могут служить для исследования раз-
личных магнитных полей в электрических машинах, т. е.
для:
а) измерения и регистрации на осциллографе маг-
нитной индукци^ в зазоре вдоль длины машины и
в магнитопроводах машин различных типов при разных
условиях работы;
б) измерения и регистрации индукции рассеяния,
а также исследования ее пространственного распреде-
ления.
234
Примером дополнительного Потока рассеяния явля-
ется магнитный поток, проходящий через крылья вен-
тилятора и нажимную плиту. Он ослабляет рабочий
магнитный поток, а также приводит к потерям энергии
и местному нагреву вихревыми токами в металлических
частях машин.
Проблема заключается в измерении действительного
значения индукции рассеяния, проникающей в крылья
вентилятора, с целью возможного ее уменьшения. Между
тем толщина крыльев вентилятора составляет 1—2 мм,
а поток сосредоточен на поверхности порядка 5 мм2.
Следовательно, применение измерительной катушки бы-
ло бы очень трудным и дало бы маленькую точность
измерения, в то время как датчик Холла с размерами
1X2 мм, помещенный на крыльях вентилятора, выпол-
няет задачу безупречно.
15-2. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Известно, что переменное магнитное поле электри-
ческих машин из-за нелинейной характеристики маг-
нитных материалов, а также взаимного воздействия не-
скольких различных полей отклоняется от синусоидаль-
ного. При этом для конструктора важно знать степень
искажения кривых или содержание высших гармоник.
Датчик Холла позволяет быстро определять ампли-
туды отдельных гармоник. Для этого датчик Холла, по-
мещенный в поле исследуемой машины, необходимо
питать переменным током с регулируемой частотой. На
выходе датчика Холла подключен магнитоэлектрический
милливольтметр. Частоту управляющего тока датчика
Холла изменяют в соответствии со значением частоты
отдельных гармоник, начиная с основной. В случае ра-
венства частот отградуированный прибор покажет зна-
чение амплитуды соответствующей гармоники.
Цеснак {Л. 685] изложил теоретические основы, мето-
дику измерений, а также некоторые результаты исследо-
ваний гармоник в синхронной машине с помощью дат-
чика Холла. Этот метод может служить для исследова-
ния на моделях полей, создаваемых полюсами разной
формы, для исследования влияния насыщения магнит-
ной цепи машины и т. п.
235
15-3. ИЗМЕРЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА
В МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Известно, что вращающий момент электродвигателя
равен произведению магнитного потока Ф главных полю-
сов и тока якоря Ц:
M = k®It. (15-1)
Если поместить датчик Холла в центр полюсного
наконечника и принять с некоторым приближением, что
В = ^Ф (15-2)
(на практике используются несколько датчиков Холла,
размещенных в нескольких точках наконечника), а через
датчик Холла пропустить управляющий ток 1Х, пропор-
циональный току якоря
(15-3)
то вращающий момент
= = (15-4)
Вращающий момент,. следовательно, прямо пропор-
ционален выходному напряжению датчика Холла. На-
пряжение Холла Uv может быть использовано после
Рис. 15-2. Устройство
ограничителя вращаю-
щего момента в двига-
телях постоянного тока.
Рис. 15-1. Устройство ре-
гулятора момента вра-
щения в двигателях по-
стоянного тока.
236
усиления для регулирования вращающего Момёнта илй
же для сигнализации о превышении определенного его
значения.
На рис. 15-1 дана схема системы, которая позволяет
поддерживать постоянное значение вращающего момен-
та двигателя постоянного тока. Напряжение Uy подво-
дится к усилителю 2 с коэффициентом усиления А. После
усиления часть напряжения AUy, отвечающая опреде-
ленному вращающему моменту, устанавливается с по-
мощью потенциометра R и компенсируется напряжени-
ем Uo. В случае изменения величины вращающего мо-
мента относительно установленного значения появляется
разность между напряжениями AUy и (70. Она подается
на вход усилителя 1, а тот в свою очередь управляет
изменением тока якоря или тока возбуждения I, т. е;
магнитного потока через полюсы, доводя таким спосо-
бом величину момента до соответствующего значения М.
На рис. 15-2 представлена схема сигнализации или вы-
ключения двигателя в случае превышения некоторого
предельного значения вращающего момента.
15-4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОММУТАЦИИ
Коммутация в машинах постоянного тока является,
как известно, одним из главных конструктивных и экс-
плуатационных вопросов. Как при ускоренной, так и
при замедленной коммутации возникает м. д. с. комму-
тационных токов в короткозамкнутой секции якоря, ко-
торая усиливает или ослабляет магнитный поток глав-
ных полюсов. При ускоренной коммутации возникает
усиление потока в генераторах и ослабление в двига-
телях, при замедленной коммутации — наоборот.
В работах [Л. 304, 620, 627, 629] представлены ре-
зультаты обширных исследований процессов коммута-
ции с помощью датчиков Холла. Применение датчиков
Холла позволяет быстро и точно получить все необхо-
димые для расчетов и испытаний характеристики, а так-
же дает возможность учесть ряд важных явлений, как,
например, влияние дополнительного поля тока комму-
тации на значение и форму поля коммутации, влияние
петли гистерезиса на процесс коммутации, возможность
оптимального расположения щеток не только с точки
зрения их искрения, но также стабильности машины
и т. п.
237
15-$. РЕГИСТРАЦИЯ УГЛА б СИНХРОННЫХ МАШИН
,4 2 ,/
irzzzzzzzazzzEzzfei
Лифанов и Дорм [Л. 621] запатентовали приспособ-
ление для регистрации угла 0 синхронных машин с по-
мощью механически сопряженного с валом исследуемой
трехфазной машины тахогенератора с ротором, создаю-
щим вращающееся магнитное поле.
Характерной чертой приспособления является то, что
ротор тахогенератора является цилиндрическим и име-
ет разделенную трехфазную обмотку, причем обе маши-
ны питаются от общей сети таким образом, что магнит-
ное поле тахогенератора вращается в сторону, противо-
положную направлению [Вращения исследуемой машины.
Статор тахогенератора изготовлен в виде цилиндра,
к внутренней поверхности которого прикреплен датчик
Холла; токовая цепь по-
следнего питается посто-
янным током. При этом,
благодаря наличию в за-
зоре тахогенератора вра-
щающегося магнитного
поля, увеличивается точ-
ность регистрации рабо-
чего угла и упрощается
устройство.
На рис. 15-3 дан эскиз
конструкции тахогенера-
тора. Статор /не имеет ни
пазов, ни обмотки и слу-
магнитного сопротивления.
На якоре 2 имеется трехфазная разделенная обмотка, кон-
цы обмотки подсоединяются к контактным кольцам 3 на
валу. Якорь тахогенератора через ^кольца подсоединяет-
ся к той же сети, что и испытуемая машина. Напряже-
ние на якоре должно иметь обратную последователь-
ность фаз. Возникающее в зазоре тахогенератора маг-
нитное поле вращается с той же скоростью, что и якорь,
но в противоположном направлении. Поэтому поле
в зазоре неподвижно в пространстве, т. е. относительно
статора. Распределение поля в магнитопроводе статора
должно быть синусоидальным.
Так как назначением тахогенератора является полу-
чение неподвижного в пространстве и точно синусоидаль-
ного магнитного поля, обмотка якоря тахогенератора
238
IEZZZZZZZZZZZZZZ2
Рис. 15-3. Эскиз тахогенератора
для исследования угла 0 синхрон-
ной машины.
жит только для уменьшения
должна выполняться с укороченным шагом у = 0,8т, где
у — шаг обмотки, а т — полюсное деление.
На внутренней поверхности статора тахогенератора
укреплен датчик Холла 4.
В тахогенераторе предусмотрена также возможность
вращения статора, так как ось его поля может прини-
мать произвольное положение относительно датчика
Холла. Статор необходимо установить в таком положе-
нии, чтобы напряжение на выходе датчика Холла было
равно нулю на холостом ходу испытываемой машины.
При установке статора необходимо также измерять
максимальное напряжение Холла, отвечающее ампли-
туде поля. При нагрузке синхронной машины ось поля
тахогенератора сдвигается относительно своего исход-
ного положения на угол 0. Это вызывает появление
напряжения на датчике Холла U-y = kB (В — магнитная
индукция в месте расположения датчика Холла). При
синусоидальном распределении поля 'значение указан-
ного напряжения Uy=k sin 0. Если электроды напряже-
ния датчика Холла подсоединены к осциллографу, на-
пример, шлейфовому, то можно зарегистрировать изме-
нение sin0 при исследовании переходных процессов
в синхронных машинах.
Из других применений следует упомянуть об осцил-
лографическом исследовании электромагнитного момен-
та машин переменного тока [Л. 586, 587], а также об
измерении скольжения асинхронных машин [Л. 657].
Глава шестнадцатая
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Датчики Холла нашли также широкое применение
для измерения электрических величин, в особенности
для измерения силы тока и мощности. Предлагалось
также измерять с помощью датчиков Холла расход элек-
трической энергии, сопротивление, частоту, фазу, а так-
же преобразовывать постоянный ток в переменный и
переменный в постоянный.
16-1. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА
Известно много методов, приборов и приспособлений
для измерения силы тока величиной от пикоампер до
килоампер, от постоянного тока до тока с частотой по-
239
рядка мегагерц, с- точностью от сотых долей процента
до нескольких процентов. Оказалось, однако, что суще-
ствуют еще такие измерения силы тока, которые можно
осуществить только с помощью датчиков Холла, как,
например, измерение тока без разрыва цепи, исследова-
ние распределения тока в электрических ваннах, а так-
же такие измерения, которые наиболее экономично и
технически эффективно осуществляются при использо-
вании датчиков Холла. Такими являются, например,
измерения постоянного тока силой 5—10 ка, измерения
токов импульсных и с искаженной формой. Применяе-
мые для этой цели шунты не требуют, правда, отдель-
ного источника питания и обеспечивают непосредствен-
ное измерение, но при измерениях токов более 10 ка
шунты становятся слишком громоздкими и сами потреб-
ляют мощность порядка нескольких киловатт. Выход-
ное напряжение шунта со-
ставляет 60—100 мв. Та-
кое напряжение доста-
точно для измерения, но
слишком мало для целей
регулирования; следова-
тельно, необходимо его
преобразовать и усилить,
а это усложняет и удоро-
жает устройство.
Магнитные усилители,
также применяемые для
измерения сильных токов,
потребляют мощность от нескольких десятков до не-
скольких сотен ватт. Наличие обмоток создает необходи-
мость предотвращения перенапряжений путем установки
разрядников. Магнитные усилители относительно чув-
ствительны к внешним возмущающим полям и к прибли-
жению ферромагнитных масс. Технология производства
магнитных усилителей сложнее, чем приборов на основе
датчиков Холла.
Как шунты, так и магнитные усилители необходимо
встроить постоянно в измерительную цепь. Это затруд-
няет наладку измерительных схем, требуя выключения
питания.
Измерение силы тока с помощью датчиков Холла
основано на измерении напряженности магнитного по-
ля, создаваемого вокруг проводника с током. Измерения
240
Рис. 16-1. Измеритель больших
постоянных токов с ярмом.
могут быть сделаны как с помощью одного только дат-
чика Холла без магнитной цепи, так и с помощью дат-
чика Холла, находящегося в зазоре между 'Концентра-
торами, а также с помощью датчика Холла в зазоре
сердечника, охватывающего проводник с током
(рис/16-1).
Измерение тока с помощью датчика Холла без маг-
нитной цепи применяется очень р'едко из-за малой точ-
ности. Отсутствие магнитной цепи означает, что изме-
ряемая напряженность магнитного поля, а значит, и
напряжение Холла очень малы и в связи с этим может
иметь место сильное влияние внешних магнитных полей
и ферромагнитных масс. Кроме того, так как напряжен-
ность магнитного поля обратно пропорциональна рас-
стоянию от проводника с током, необходимо стремиться
к расположению датчика Холла возможно ближе к по-
верхности проводника. Однако в этом случае датчик
Холла будет находиться в магнитном поле с очень боль-
шим градиентом напряженности поля (см. § 13-1 и
рис. 13-4) и точность измерения сильно зависит от поло-
жения датчика Холла.
Применение концентраторов поля приводит к увели-
чению напряжения Холла в несколько раз и даже
в несколько десятков раз, но еще недостаточно защи-
щает от отрицательного влияния внешних магнитных
полей.
Эту проблему решает только применение сердечника,
охватывающего проводник с током.
Главными достоинствами приборов на датчиках Хол-
ла, служащих для измерения силы тока, являются:
а) возможность выполнения измерения без разрыва
исследуемой цепи;
б) отсутствие гальванической связи между входным
и выходным сигналами;
в) возможность исследования распределения тока;
г) возможность изменения диапазона измерения, на-
пример, при помощи навивания большого числа витков
на ярмо при малых измеряемых токах или разделение
многожильного провода (так, чтобы магнитодвижущая
сила возбуждалась только одной жилой) при больших
токах;
д) отсутствие обмоток, что дает большую динамиче-
скую устойчивость;
16—140J 241
е) возможность измерения в широком интервале ча-
стоты при точной передаче сигнала в виде кривой на-
пряжения;
ж) 'выходной сигнал может быть любым, т. е. посто-
янным при постоянном и синусоидальном токах; пере-
менным и импульсным с произвольной формой импульса
при измеряемом постоянном или переменном токе;
з) возможность применения в установках с высоким
напряжением ввиду простоты изолирования датчика
Холла, например, заливкой его в эпоксидную смолу.
Теперь рассмотрим основные зависимости для преоб-
разователя больших значений постоянного тока. Напря-
. жение Холла для датчика Холла, показанного на
рис. 16-1, составляет
UH = kIxB. (16-1)
Поддерживая /ж = const и предполагая линейную за-
висимость между измеряемым током 1т и индукцией В
в воздушном зазоре, получим линейную зависимость на-
пряжения Холла UH 'от измеряемого тока 1т.
С целью уменьшения влияния внешних магнитных
полей, возникающих от обратного провода, ферромаг-
нитных масс и т. п., а также для упрощения монтажа
применяется сердечник, разделенный на несколько ча-
стей, чаще на две части с двумя зазорами и двумя дат-
чиками Холла. Напряжение Холла, вызванное измеряе-
мым током в обоих датчиках Холла, суммируется, а на-
пряжения, происходящие от паразитных полей, взаимно
компенсируются.
В § 11-2-2 уже обсуждались условия получения ли-
нейной зависимости индукции в зазоре магнитной цепи
от намагничивающего поля. Ниже этот вопрос будет
рассмотрен несколько иначе.
Известно, что сумма магнитных напряжений вдоль
замкнутой магнитной цепи равняется н. с. F. Для фер-
ромагнитного сердечника, имеющего п равномерных за-
зоров, получаем:
(Яв1 + Hsa +... + Я8П) ls 4- нре lPe = F, (16-2)
где Hsi, ..., Hsn — напряженность поля в соответствую-
щем зазоре, ls — длина зазора, — напряженность по-
ля в сердечнике, 1?е— средняя длина линии поля в сер-
дечнике.
242
Сумма индукций Bsi+ ... + Bsn в зазорах сердечника
равняется
BSI + BS2 +... + Bsn ?=~(F — нре /Fe), (16-3)
tS
где цо — проницаемость 'воздуха.
С целью получения линейной зависимости между сум-
мой индукции в зазорах сердечника и н. с. необходимо
стремиться к получению
HFJPer^F- (16-4)
Следовательно, сердечник должен быть изготовлен
из материала с узкой петлей гистерезиса и большим
значением индукции насыщения, так как тогда можно
будет получить большое значение индукции в воздуш-
ном зазоре. Этим требованиям лучше 'всего отвечает
холоднокатаная тонколистовая электротехническая
сталь.
Пользуясь неравенством (16-4), получаем:
B£1 + Bs2 + ...+Bsn=^-F. (16-5)
18
Линейная зависимость в формуле (16-5) справедли-
ва только до определенного предельного значения н. с.
Впр, зависящего от индукции насыщения сердечника и
рассеяния в зазорах [Л. 282].
Фирма «Сименс» изготовила на основе датчиков Хол-
ла преобразователи постоянного тока [Л. 48, 282, 309]
на диапазоны 10, 15, 30, 60, 100 и 150 ка с точностью
0,2% в интервале температур 10ч-40°С.
Сердечник из двух частей (для диапазонов 100 и
150 ка — из четырех частей) выполнен из холодноката-
ной электротехнической стали. Длина зазоров установ-
лена очень точно с помощью специальных вкладышей.
В каждом из зазоров находится по одному датчику Хол-
ла, питаемому постоянным током 500 ма от стабилиза-
тора (точность стабилизации ±0,01%)- Выводы датчи-
ков Холла соединяются последовательно, а (каждый из
датчиков имеет сменную нагрузку—милливольтметр
класса 0,2, счетчик ампер-часов и т. п.
Преобразователи были отградуированы с помощью
измерителя напряженности поля, основанного на ме-
тоде ядерного резонанса, с точностью порядка тысячных
долей процента.
16* 243
Влияниё колебаний измеряемого тока в пределах
О—105% от значения номинального тока, влияние при-
ближения обратного провода с 1,5 м до 0,2 м от внеш-
него края ярма, а также влияние приближения ферро-
магнитной массы с высотой и сечением этой массы,
близкими к высоте и сечению сердечника, с расстояния
100 см до непосредственного соприкосновения с сердеч-
ником вблизи зазора — пренебрежимо малы. При пере-
грузке на 60% преобразователя на 20 ка не появляется
эффект магнитного запаздывания.
Наследов и Зотова [Л. 640] описали конструкцию и
измерительную схему преобразователя постоянного тока
на 40 ка, аналогичного килоамперметру фирмы «Си-
менс».
Воркман ,[Л. 45] описал килоамперметр постоянного
тока на основе датчиков Холла с пределом до 16 ка
с ярмом из холоднокатаной тонколистовой электротехни-
ческой стали с двумя зазорами и двумя датчиками Хол-
ла. Датчики Холла типа EZS2g (ГДР) питаются от
мультивибратора управляющим током в виде импульсов
прямоугольной формы с частотой 2 кгц. Суммарное на-
пряжение Холла усиливается и выпрямляется. Элек-
тронный измерительный прибор позволяет измерять ток
в интервале 1,6—100 ка. Токи величиной выше номи-
нального значения 16 ка можно измерять, изменяя раз-
меры ярма и зазоров. С помощью потенциометра для
каждого значения измеряемого тока можно установить
выходное напряжение в пределах 0—12 в. Электронный
прибор питается от сети через стабилизатор. Точность
показаний в диапазоне температур 0—45° С и при коле-
баниях питающего напряжения —20± + 10% не пре-
вышает ± 1 %.
Первые польские конструкции килоамперметров на основе дат-
чиков Холла постоянного тока (рис. 16-2) разработала Осуховская
[Л. 362], получив на пределе 1 000 а точность ±2% (ярмо тороидаль-
ное из электротехнической стали с одним зазором и датчиком Холла
типа FA23), а также ±1,5% (ярмо из сплава Н79М5 с одним зазо-
ром и германиевым датчиком Холла).
На заводе им. Г. Димитрова изготовлен преобразователь на
1 500 а с точностью ±2%, предназначенный для электрической тяги
на номинальное напряжение изоляции 3 000 в. Германиевый датчик
Холла питается от сети через ферромагнитный стабилизатор и вы-
прямитель. Сердечник из листовой стали tran-cor А6, имеющий сле-
дующие размеры: внутренний диаметр 60 мм, наружный диаметр
90 мм, высота 20 мм, обернут несколько раз хлопчатобумажной
тесьмой и залит эпоксидной смолой «Эпидиан 2F». Первич-
ной обмоткой является медный стержень диаметром 35 мм. Этот
244
Тип преобразователя Предназначен, следовательно, для встройки
в данную измерительную цепь. Показывающим прибором является
магнитоэлектрический щнтовой прибор.
На заводе им. Г. Димитрова изготовлен также уникальный
прибор для измерения постоянного тока без прерывания измери-
тельной цепи — измерительные клещи на датчике Холла по образцу
клещей Дитца, применяемых для измерения переменного тока.
Диапазон измерений этого прибора 50—400 а, точность ±5%,
номинальное напряжение изоляции 500 в, вес 1,6 кг, питание от
батареи ртутных элементов. Точность амперметра можно значитель-
но повысить (даже до ±1,5%), применяя два датчика Холла, изго-
товленных из InAs (вместо одного из InSb).
Серков {Л. 662] использовал для измерения больших токов
клещи специальной конструкции. В разомкнутом магнитном сердеч-
нике сделано 100 зазоров длиной 0,125 мм каждый. Зависимость
Рис. 16-2. Преобразователь сильных
постоянных токов на датчиках Холла.
при измерении токов короткого
индукции в зазорах от на-
пряженности магнитного по-
ля является линейной с точ-
ностью до 0,5%. В зазорах
сердечника помещены через
равные интервалы пять гер-
маниевых датчиков Холла
с соединенными параллель-
но выходными цепями. Вну-
тренний диаметр клещей со-
ставляет 15 см, что позво-.
ляет охватывать шину на,
ток до 10 ка. Точность при-
бора 2,5%. Такое решение
позволяет сконструировать
переносное устройство для
измерения токов порядка
105—106 а.
Осциллографирова ни е
больших переменных токов
связано с большими труд-
ностями. Измерительные
трансформаторы тока с фер-
ромагнитным сердечником
замыкания дают очень большие погрешности по амплитуде и фазе
по причине нелинейной характеристики сердечника. Особенно
большие погрешности имеют место при измерении апериодической
составляющей тока копоткого замыкания. Воздушные измерительные
трансформаторы тока дают на выходе напряжение, пропорциональ-
ное производной тока по времени, и требуют поэтому последующего
интегрирования выходного сигнала. Шунты для измерения перемен-
ных токов должны быть безындукционными; к тому же оии по-
требляют большую мощность.
Вышеописанные трудности можно преодолеть с помощью дат-
чиков Холла. Болотин [Л. 559] применял датчики Холла для изме-
рения больших переменных токов при лабораторных испытаниях
коммутационной аппаратуры. Так как большой ток создает сильное
магнитное поле, можно было не применять ни сердечника, ни кон-
центраторов поля, что при переменном токе было бы неудобно
ввиду возникновения вихревых токов. Достоинством датчика Холла
245
является, между прочим, возможность помещения его в такие места,
в которых напряженность поля находится в фазе с возбуждающим
его и одновременно измеряемым током. Маленькие размеры датчика
Холла (6 = 4 мм) способствуют тому, что погрешность от усредне-
ния поля пренебрежимо мала. При переменном токе в цепях управ-
ляющего тока и выходного напряжения датчика Холла индуктируют-
ся паразитные э. д. с. Их влияние в токовой цепи уменьшают при-
менением обычного резистора с большим активным сопротивлением,
в связи с чем' приходится использовать источник питания с соот-
ветственно большим напряжением; в цепи выходного напряжения
включен компенсационный виток, площадь которого равна площади
петли, образованной холловскими выводами, а напряжение, индук-
тированное в витке, имеет противоположную фазу. Болотип измерял
ток до 150 ка с помощью пленочного датчика Холла из HgSe и до
30 ка с помощью германиевого датчика Холла'; точность измерений
приблизительно 1%.
В табл. 16-1 представлены важнейшие свойства некоторых из-
мерительных преобразователей тока на датчиках Холла.
В определенных случаях для измерения тока можно использо-
вать свойства датчика Холла как квадратичного детектора. В этом
случае измеряемый переменный синусоидальный ток 1Х течет как
через датчик Холла, так и через катушку, возбуждающую магнит-
ное поле, действующее на датчик Холла.
Напряжение Холла будет равно:
Uн = kl*-)-kl2xeos2a>t, (16-6)
где k— коэффициент пропорциональности.
Постоянную составляющую k/x можно измерять с помощью магни-
тоэлектрического милливольтметра. Если со = 0, то мы имеем дело
с постоянным током. Достоинством такого решения является воз-
можность использования схем для измерения тока в широком диа-
пазоне напряженностей и частот. Недостатком же является квадра-
тичная зависимость выходного напряжения от измеряемого тока.
Мазуров и Прудников (Л. 630] описали свойства амперметра
на датчике Холла, работающем в качестве квадратичного детектора.
Диапазон измерений 2,5; 5 и 10 а (квадратичная шкала), основная
погрешность 3,5%, интервал частот 0—100 кгц, температурная по-
грешность в диапазоне 10—40й С не выше 1%. В приборе исполь-
зованы ферритовый сердечник с двумя зазорами и двумя германие-
выми датчиками Холла, а также схема частотной коррекции.
Уитлок и Хилсум (Л. 500] использовали датчик Холла для изме-
рения силы тока в ионных и электронных пучках. Из стержня из
мю-металла диаметром 1,3 см сделан тороид с одним зазором
длиной 0,4 мм, в котором помещен датчик Холла из InSb толщиной
0,25 мм. Тороид охватывает канал, через который проникает поток
ионов и электронов, возбуждающих магнитное поле. На тороид
навита обмотка, через которую течет ток, компенсирующий поле,
создаваемое потоком ионов и электронов. Это приспособление поз-
воляет улавливать токи порядка 5 мка.
Датчики Холла также нашли применение для измерения токов
короткого замыкания в сетях высокого напряжения [Л. 204]. Ведь
датчики Холла имеют лучшие частотные характеристики, чем шунты
246
и трансформаторы тока, и могут быть использованы для измерения
тока в цепях, изолированных относительно земли.
Датчик Холла также можно использовать при испытаниях
предохранителей, когда обычные квадраторы непригодны по причи-
не инерционности и неспособности выдерживать большие перегрузки.
Подводя итог, следует заключить, что измерения больших по-
стоянных токов с помощью датчиков Холла выполняются уже в про-
мышленном масштабе. Кроме того, ряд других измерений силы
тока с помощью датчиков Холла бывает весьма удобным в лабора-
торных условиях.
16-2. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Измерения мощности, так же как и измерения силы
тока, встречаются во всех отраслях электротехники и
в связи с этим разработано уже много методов, прибо-
ров и измерительных схем. Несмотря на это, продолжа-
ются дальнейшие исследования, имеющие своей целью
расширение диапазона частоты измеряемых сигналов,
увеличение чувствительности и точности измерений,
упрощение измерений и т. п.
Датчики Холла также нашли применение для изме-
рения мощности. Их действие заключается в умножении
двух величин. Они позволяют производить:
а) непосредственное измерение мощности, например,
с помощью магнитоэлектрического прибора;
б) измерение мощности от частоты, равной нулю
(или от постоянного тока), до частоты порядка гигагерц;
в) осциллографирование мощности при переходных
процессах;
г) суммирование мощности нескольких объектов, ди-
станционные измерения, регистрацию и регулирование
мощности;
д) измерение активной и реактивной мощности при
помощи одной измерительной схемы.
Достоинствами их являются: малое собственное по-
требление мощности, большая чувствительность, просто-
та конструкции и независимость действия.
16-2-1. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Измерение мощности опирается, как уже упомина-
лось, на умножающие свойства датчика Холла.
Если управляющий ток 1Х равен или пропорциона-
лен измеряемому постоянному току 1т (рис. 16-3,ah
т. е. ’
IX --
- (16-7)
247
Т а б л ица 16-1
to
co
Преобразователи тока на датчиках Холла
Характеристики Исполнитель
Воркман [Л. 45] Сименс [Л. 48, 282, 309] Зайцев, Розов [Л. 599] Осуховская [Л. 362]
1 2 3 4 5 6
Диапазон измерений, ка 16 10, 15, 30, 60, 100 и 150 - 100 1 1
Вид измеряемого тока ^Постоянный ток Постоянный ток Ток сварки Постоянный ток Постоянный ток
Точность, % 1 0,2 — 2 1,5
Датчик Холла EZS2g (2 шт.) InAs (2 или 4 шт.) Ge FA23 снз
Характер управляю- щего тока 2 кгц, прямоугольные импульсы Постоянный, 500 ма — Постоянный ток 250 ма —
Питание Сеть, стабилизатор, мультивибратор Сеть, стабилизатор ±0,01% — — —
Выход О-т-12 в, постоянное напряжение Несколько милли- вольт, постоянное напряжение — Постоянное напряжение Постоянное напряжение
Измерительная схема Электронная, усили- тель, выпрямитель Амперметр кл. 0,2 и счетчик ампер-часов Осциллогр аф Магнитоэлектрический прибор Магнитоэлектриче- ский прибор
Потребление мощно- сти. вт 10 — — — —
Конструкция Двухсекционное ярмо холоднокатаной электротехнической стали Двухсекционное ярмо холоднокатаной электротехнической стали Без ярма Ярмо тороидальное из электротехнической листовой стали Ярмо из сплава Н79М5
Вес, кг Ярмо—120 Преобразователь 100 ха—1 800 — — —
Продолжение табл. 16-t
Характеристики Исполнитель
Завод им. Г. Димитрова [Л. 741] тип ACMS Болотин [Л. 559] Наследов, Зотова [Л. 640] Серков [Л. 662]
1 7 1 8 9 10 И
Диапазон измерений, ка 1,5 0,05-И),4 150 40 10
Вид измеряемого тока Постоянный ток Постоянный ток Переменный ток Постоянный ток Постоянный ток
Точность,,% 2 5 1 — 2,5
Датчик Холла Ge InSb HgSe InAs (2 шт.) Ge (5 шт.)
Характер управляю- щего тока Постоянный ток 5 в±0,5% Постоянный ток П остоянный Постоянный Постоянный 16,5 ма
Питание Сеть, стабилизатор ферромагнитный, выпрямитель Ртутный элемент — — —
Выход Постоянное напряжение Постоянное напряжение — — —
Измерительная схема Магнитоэлектрический милливольтметр Магнитоэлектрический миллиамперметр 5 ма Осциллограф Милливольтметр 100 мка кл. 1,0
Потребление мощно- сти, вт — — — — —
Конструкция Сердечник из листо- вой стали ' tran-cor Aft Клещи Дитца Без ярма Двухсекционное ярмо Ярмо со 100 зазорами
Вес, ке — 1,6 1 600
Рис. 16-3. Устройство для измерения мощности постоянного тока.
а напряженность толя Н, создаваемого катушкой
(в практических решениях катушка L заменяется обыч-
но электромагнитом), пропорциональна измеряемому
напряжению Um, т. е.
H^k2Um, (16-8)
то напряжение Холла Uv будет пропорционально изме-
ряемой мощности Р
Uy = kIxH = kkJmk2Um = k2P. (16-9)
Мощность можно измерять также способом, показан-
ным на рис. 16-3,6. Тоцда
/х — Н — Дп‘
Применение датчиков Холла для измерения мощ-
ности постоянного тока до сих пор встречается доволь-
но редко. Субашиев и Друзьяк [Л. 670] изготовили мил-
ливаттметр с диапазоном 0—80 мет для измерения мощ-
ности фотоэлемента с внутренним фотоэффектом.
16-2-2. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
При переменном токе
fx = kii = kil^ sin (ш/ <р); (16-10)
Н = kuU = kuUWiW. sincT. (16-11)
Получается
Uy ~2~ k макс^макс COS /макс^АлаксCOS (2'о/ —|— Ср)]. (16-12)
Из последней формулы видно, что напряжение Хол-
ла пропорционально среднему значению измеряемой
активной мощности (первое слагремое формулы); оно
250
может быть измерено с помощью магнитоэлектрическо-
го вольтметра (рис. 16-4,а), который не реагирует на
переменную составляющую (второе слагаемое форму-
лы), так как ее среднее значение будет равно нулю.
Тогда
P=kUy = -^- /макЛакс cos ср. (16-13)
Для измерения пассивной (реактивной) мощности
необходимо добиться, чтобы одна из величин, управляю-
щих датчиком Холла (/ж или Н), сместилась по фазе
относительно другой на 90°, тогда
Q = —/макс^максйШ?. (16-14)
Полная мощность измеряется по схеме, показанной
на рис. 16-4,6.
1 Наряду с измерением однофазных токов с помощью
датчиков Холла можно производить измерения трехфаз-
ных токов в трех- и четырехпроводной схеме. К настоя-
Рис. 16-4. Устройство для измерения активной (а) н полной (б)
мощностей.
щему времени изготовлено много разных приборов на
датчиках Холла, работающих как преобразователи мощ-
ности. В табл. 16-2 представлены характеристики не-
скольких таких преобразователей; Преобразователи на
диапазон частоты 50—500 гц нашли достаточно широ-
кое применение и выпускаются серийно, измерения же
мощности на более высоких частотах производятся до
251
Преобразователи мощности на датчиках Холла
Характеристики Изгою
Westinghouse Ohio Semiconductors
Обозначение преобразователя Диапазоны измерения: ток, а • . . . напряжение, в Частота, гц Точность, % Выходное напряжение, мв-вт~1 Сопротивление нагрузки, ом Число фаз VP-840 5 120 60 0,5 50/500 50 1 и 3 PC-500 7,1 130 200/500 100 1
настоящего времени только в лабораторных условиях.
Всесторонний анализ проблемы измерения мощности
переменного тока для частоты 50 гц выполнили Сунь
[Л. 671], Френкель и де Сабата (Л. 132] и [Л. 133], Бар-
лоу (Л. 12], Завицкий [Л. 515], Ю Ге-фей [Л. 689] и др.
При проектировании (преобразователей мощности
с точностью порядка 0,5—1% для токов промышленной
частоты необходимо избегать ошибок:
а) от влияния температуры — например, 'при помо-
щи включения последовательно с входной цепью терми-
стора, шунтированного соответствующим сопротивле-
нием;
б) от влияния эффекта магнитосопротивления— на-
пример, при помощи последовательного включения во
входную цепь резистора с соответствующим активным
сопротивлением;
в) от потерь в материале магнитопровода путем ком-
пенсации возникающих фазовых искажений с помощью
элементов R, L, С;
г) от изменения полного сопротивления цепи в зави-
симости от частоты;
д) от нелинейности характеристики намагничивания
магнитного материала;
е) от асимметрии напряжений —в трехфазных схе-
мах.
Наряду с измерениями мощности сетевой частоты
датчики Холла можно использовать для измерений мощ-
ности импульсов. Розов и Зайцев [Л. 655] запатентовали
252
Таблица 16-2
витель
Beckman Институт автоматики Польской Академии наук
МР-21 МР-20 — —
5 5 5 3; 6
120 120 100 10—300
50—500 50—500 50 20—20 000
4 4 — 3
— — 100, 1 000 —
— — 150 —
— 1 и 3 1
приспособление для измерения активной мощности им-
пульса тока сварочной машины. Датчик Холла поме-
щен в магнитное поле, возбужденное измеряемым то-
ком, а источником питания управляющей цепи датчика
Холла является напряжение на вторичной обмотке сва-
рочного трансформатора.
16 2 3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ НА ЗВУКОВЫХ И РАДИОЧАСТОТАХ
Барлоу [Л. 12] изготовил ваттметр для измерения мощности
до 1 вт при напряжении 20 в и частотах до 20 кгц, применив для
этой цели германиевый датчик Холла с размерами 3X2,5X0,3 мм
и активным сопротивлением 7?х=1 100 ом. Источником управляю-
щего тока является падение напряжения на шунте, через который
течет ток нагрузки, а магнитное поле создается катушкой, напря-
жение на которую подается с нагрузки. Намагничивающая катуш-
ка и датчик Холла помещены в корпус, защищающий их от влия-
ния внешних магнитных полей. Измерительным прибором служит
высоковольтный гальванометр.
Берман {Л. 539] создал две схемы для измерения мощности
в интервале радиочастот со следующими параметрами:
а) с германиевым датчиком Холла (8X5X0,3 мм, Rx = o00 ом),
диапазон частоты 428—495 кгц, чувствительность 7,4 мм/вт-,
б) с датчиком Холла нз InSb (4X3X0,4 мм, Rx = l ом), интер-
вал 395—500 кгц, чувствительность 4,3 мм/вт.
Оба датчика Холла были помещены в зазоре ферритового сер-
дечника.
16-2-4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Измерение мощности является одним из основных измерений при
исследовании электромагнитных волн в интервале высоких частот.
Ваттметры, используемые при высоких частотах, можно разделить
на ваттметры, поглощающие мощность, и ваттметры проходящей
253
мощности. Ваттметр первого типа поглощает мощность электромаг-
нитных волн и преобразует ее в другой вид энергии. Такие ватт-
метры могут работать при отключенной нагрузке генератора.
Ваттметры, измеряющие передаваемую (проходящую) мощность,
потребляют только небольшую часть мощности генератора; основная
часть мощности передается в нагрузку (антенну или заменяющий
ее элемент).
Наиболее распространенными методами измерения мощности
электромагнитных волн высокой частоты являются фотометрический,
болометрический и пондеромоторный методы. Всестороннее описание
этих методов и сравнение их с методом измерения мощности при
помощи датчиков Холла дали Бокринская и Скорик [Л. 555].
В 1955 г. Барлоу первый опубликовал работу (Л. 11] на тему об
измерении мощности электромагнитного поля с помощью датчиков
Холла, которые позволяют производить непосредственное измерение
передаваемой мощности; при этом напряжение Холла линейно зави-
сит от передаваемой мощности.
В следующие годы Барлоу совместно с сотрудниками выполнил
ряд дальнейших оригинальных работ в этой области (Л. 12—25].
Как известно, электромагнитную волну можно характеризовать век-
торами напряженности электрического и магнитного полей. Эти поля
являются компонентами электромагнитной волны. Пространственная
Рис. 16-5. Расположение датчика Холла
в поле плоской электромагнитной волны.
ортогональность между этими составляющими электромагнитной
волны позволяет использовать их для получения э. д. с. Холла
в германиевых и кремниевых пластинах, так как эти материалы
имеют относительно большой коэффициент Холла и допускают
значительное проникновение электромагнитного поля в материал
даже при самых больших частотах.
Поэтому в принципе можно сконструировать полупроводниковый
ваттметр на весь диапазон частот, используемый в современной ,
радиотехнике.
Датчик Холла с размерами, значительно меньшими длины вол-
ны А, помещен в электромагнитное поле (рис. 16-5). При этом
вектор Умова — Пойнтинга Р = [ЕН] направлен вдоль осн г, а поток
мощности пересекает поперечное сечение S — bc.
Электрическая составляющая Е электромагнитного поля вы-
зывает движение свободных зарядов в полупроводнике со сред-
ней скоростью v и плотностью тока i, Если проводимость полупро-
254
ЁбДнийа свйзйнй ё носиФеЛямй тока только оДноёо знака, Тб
v = р-Е, 1 = аЕ = nqp-E, (16-15)
где у,— подвижность носителей тока; п — концентрация носителей
тока; q— величина заряда носителя тока.
Под влиянием магнитной составляющей поля Н движущиеся со
средней скоростью v заряды подвергаются действию силы F, откло-
няющей их в боковом направлении, которая равна:
F = q [v В] = QP-mP-o [vH] (16-16)
(если принять во внимание зависимость В = цтц0Н).
В положении равновесия на этих боковых торцах образуются
заряды, электрическое поле Ех которых (поле Холла) .уравнове-
шивает силу F, т. е.
qEx = (jp-mP-oP- [ЕН]. (16-17)
Знак поля Холла определяется знаком носителей заряда. Таким
образом, для полупроводников п-типа
Ех = — Р-тР-оР-Р. (16-18)
а для полупроводников р-типа
Ех = (16-19)
Среднее значение напряженности поля Холла за один период
составляет
Excp == P*wiP'oP*Pcp- (16-20)
Так как при распространении электромагнитных волн в вакууме
фазовый угол между составляющими электромагнитной волны
равен 0, то
^гер= 2 ЕтхНту, (16-21)
где Етх и Нту — значение амплитуд напряженности магнитного и
электрического полей.
Из зависимости (16-20) видно, что между плотностью потока
энергии в данной точке электромагнитного поля и полем Холла
в датчике Холла, помещенном в этой точке, существует однознач-
ная зависимость. Это позволяет считать измеряемую э. д. с. Холла
мерой проходящей мощности, причем направление распространения
определяется знаком э. д. с. (с учетом знака носителей тока). Если
источник тока является модулированным или генерирует импульс-
ную мощность, то э. д. с. Холла, представленная как функция вре-
мени, является также модулированной или импульсной, но в каж-
дом случае ее среднее значение за период определяет среднее зна-
чение мощности.
Для случая малых линейных размеров датчика Холла имеем:
UH — aEx, Рг = $рг = асрг,
где pz — мощность вдоль оси z, падающая на единицу площади
датчика Холла.
255
Рис. 16-6. Эскиз ваттметра на дат-
чике Холла, предназначенного для
работы в коаксиальной линии пе-
редачи.
Принимая Во внимание зависимость (16-20), получаем:
b
~ Р’тР-оН ас ?*' (16-22)
Полученная зависимость указывает на существование прямой
пропорциональности между э. д. с. Холла и измеряемой мощностью
электромагнитных волн.
Рассмотрим сейчас несколько конструкций датчиков Холла для
измерения мощности электромагнитных волн. На рнс. 16-6 показан
эскиз конструкции ваттметра на датчике Холла, предназначенного
для работы в коаксиальной линии. Датчик Холла подключен к уча-
стку линии с волновым сопротивлением значительно меньшим, чем
импеданс основной линии передачи. Так как участок линии с дат-
чиком Холла имеет длину, равную Л.ь/2, а датчик Холла подключен
посередине этой линии с по-
мощью двух четвертьволновых
трансформаторов, то сопротив-
ление датчика Холла и на
входе и на выходе ваттметра
равно полному волновому со-
противлению. Благодаря этому
сохраняется согласование ли-
нии передачи. Ваттметром та-
кой конструкции Барлоу изме-
рял мощность на частоте
300 Мгц, достигая чувстви-
тельности 3 мкв/вт.
На рис. 16-7 (Л. 14] по-
казана простейшая конструк-
ция волноводного ваттметра
для измерения мощности Р
в прямоугольном волноводе
с волной основного типа Управляющий ток датчика Холла
возбуждается электрической составляющей волны Еу или пол-
ным напряжением между верхней и нижней стенками волновода,
это напряжение равно ЬЕУ. Носители тока отклоняются попереч-
ной составляющей магнитного поля Hz. Концентрические настраи-
вающие поршни Т1 и Тг, через которые пропущены выводы для
снятия э. д. с. Холла, пропорциональной проходящей мощности,
устанавливаются так, чтобы ток высокой частоты, протекающий
через выводы, был минимальным. Фаза тока в датчике Холла, при
которой достигается Uh = 0, устанавливается при помощи настраи-
вающего поршня Тз. Холловские выводы подсоединяются к измери-
тельному прибору или усилителю.
При изготовлении ваттметров этого типа трудно избежать явле-
ния выпрямления на контактах датчика Холла.
Простейшая конструкция волноводного ваттметра характери-
зуется малой чувствительностью и большим рассогласованием линии.
Кроме того, датчик Холла в линии с волной Н<ц работает хуже,
чем в случае волны ТЕМ. Это возникает от того, что волновой
импеданс для волны Нщ больше, чем волновой импеданс вакуума,
т. е. электрическая составляющая растет, а магнитная уменьшается,
в то время как для нормальной работы датчика Холла должно
быть наоборот.
256
С целью улучшений условий работы Датчика ХолЛа МоЖнР
сконцентрировать магнитное поле и ослабить электрическое поле
с помощью объемного резонатора (рис. 16-8).
Датчик Холла X укреплен в середине камеры резонатора Р,
имеющей магнитную связь с основным волноводом. Длина камеры
в соответствии с длиной волны выбрана так, что датчик Холла
находится в максимуме магнитного поля и минимуме электрического
поля. Явление выпрямления, зависящее только от электрического
поля, является при этом минимальным. Токовая цепь датчика Хол-
ла возбуждается электрической составляющей поля в волноводе
с помощью зонда, проходящего че-
рез зазор возбуждения резонатора.
Так как ток, проходящий через
зонд, связан с волной ТЕМ, то он
не нарушает условий резонанса
и резонаторе. Регулирование элек-
трической симметрии схемы, на-
стройка и регулировка фазы схе-
мы выполняются с помощью регу-
лирующих винтов резонатора. На-
стройка фазы схемы заключается
в том, что при закрытом фланце
волновода (нагрузка исключитель-
но пассивная) устанавливают схе-
му на нулевое показание прибора.
Описанный ваттметр с обычным
Рис, 16-7. Измерение мощности
в прямоугольном волноводе.
У,-Т3 — поршни.
резонатором имеет при частоте
4 000 Мгц линейную градуировку и чувствительность 0,02 мкв/мвт.
При соответствующей настройке резонансной камеры градуировка
в общем зависит от характера нагрузки. Собственно прибор по-
требляет около 5% проходящей мощности. Недостатками конструк-
ции такого ваттметра являются узкая полоса пропускания, а так-
же необходимость предварительной настройки иа рабочую частоту.
Дальнейшее развитие должно идти в направлении расширения поло-
сы частот, а также использования систем сопряженных объемных
резонаторов.
Усовершенствование датчиков Холла и измерительных методов
позволяет получить очень чувствительные ваттметры. Значительный
рост чувствительности ваттметра
Рис. 16-8. Объемный резонатор.
Х~ датчик Холла: Р — резонатор: В —
регулировочные винты.
достигается при использовании
датчиков Холла из InSb. Дат-
чик Холла обеспечил в вол-
новоде чувствительность
0,1 мкв/мвт, а в резонансном
ваттметре — 1 мкв]мвт.
Наибольшее значение ча-
стоты, при которой измерялась
мощность при помощи датчи-
ков Холла, составляет 10 Ггц
(Л. 23].
Кроме того, Барлоу опре-
делил связь между излучением,
оказывающим давление иа по-
упроводниковый элемент, и явлением Холла при измерениях мощ-
ности электромагнитных воли (Л. 13 и 19].
17-1401 ок.
16-3. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЙ
Перельман [Л. 649] запатентовал схему прибора
(рис. 16-9) на датчиках Холла, применяемого для изме-
рения активного сопротивления, активной проводимости,
реактивного сопротивления и реактивной проводимости.
На рис. 16-9,а два датчика Холла 1 и 2 помещаются
в зазоре дросселя 3. Через датчик Холла 1 течет ток
Ixt, пропорциональный току, текущему через измеряемое
сопротивление токоприемника 4, а через датчик Холла 2
Рнс. 16-9. Схемы для измерения активных и реактивных сопротив-
лений и проводимостей.
/, 2 —датчики Холла: 3 — дроссель; 4 — приемник (измеряемый импеданс);
5 — резистор; 6 — гальванометр.
течет ток /Ж2, пропорциональный напряжению U на токо-
приемнике 4. Датчик Холла 1 работает при этом как
квадратичный детектор тока (или напряжения), а дат-
чик Холла 2 — как измеритель активной мощности (или
пассивной).
При измерении активного сопротивления (или актив-
ной проводимости) токоприемника 4 постоянные состав-
ляющие напряжения Холла обоих датчиков Холла урав-
новешиваются с помощью резистора 5. Зная величину
активного сопротивления этого резистора, определенную
при нулевом показании гальванометра, находим иско-
мую величину активного сопротивления (или активной
проводимости).
Измерение реактивного сопротивления или реактив-
ной проводимости токоприемника 4 производится ана-
логично, только вместо резистора используют регули-
руемую реактивность.
258
Такие же измерения можно провести, используя толь-
ко один датчик Холла (рис. 16-9,6). Отсутствие техни-
ческой разработки этой схемы не дает возможности
оценить ее с точки зрения точности и других свойств.
Схема обещает быть интересной ввиду возможности со-
здания одного прибора, который служил бы для изме-
рения сразу четырех величин.
16-4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МАЛЫХ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
И ТОКОВ
При измерении, а в особенности при использовании
для регулирования малых постоянных напряжений и
токов возникает необходимость их усиления. Известные
трудности в исполнении хороших усилителей постоянного
тока приводят к необходимости преобразования посто-
янных величин в переменные, последние затем уже уси-
ливаются при помощи усилителя переменного тока,
а усиленный преобразованный сигнал выпрямляется.
Для преобразования напряжения и постоянного то-
ка применяются вибрационные, механические, транзи-
сторные, емкостные и другие преобразователи. Много-
обещающие свойства имеют преобразователи на датчи-
ках Холла, характеризующиеся бесконтактным преобра-
зованием, отсутствием дрейфа нуля, большой надеж-
ностью, практически неограниченным временем работы
и большой механической устойчивостью.
Принцип преобразователя постоянного тока в пере>>-
менный с использованием датчика Холла очень прост.
Преобразуемый постоянный ток пропускаем через дат-
чик Холла, к катушке, возбуждающей поле, подводим
переменный ток постоянной амплитуды и получаем пере-
менное напряжение Холла, пропорциональное значению
преобразованного тока. Можно преобразуемый постоян-
ный ток пропустить также через катушку, создающую
магнитное поле, а модулирующий переменный ток —
через датчик Холла, но в этом случае преобразователь
имеет худшие характеристики. Коэффициентом преобра-
зования называется отношение значения переменного
выходного напряжения к значению постоянного входно-
го напряжения.
Чаще всего магнитное поле имеет синусоидальный
характер. В этом случае выходное переменное напря-
жение имеет также синусоидальный характер и ту же
П* 259
частоту. Коэффициент преобразования напряжения мо-
жет— при достаточно больших напряженностях магнит-
ного поля — достигать 20% , что делает этот метод техни-
чески рациональным. Предельная частота для преоб-
разованного сигнала определяется частотой магнитного
поля. Сильное магнитное поле, пригодное для получе-
ния большого значения коэффициента преобразования,
можно получить в узком зазоре магнитного сердечника
из материалов, (потери в которых определяются предель-
ным значением частоты преобразования. Отсутствие
дрейфа нуля дает, как упоминалось, преимущество пе-
ред ламповыми преобразователями. Кроме того, преоб-
разователь на основе датчика Холла также можно
с успехом использовать в усилителях постоянного тока.
В Институте полупроводников Академии наук СССР
[Л. 551] разработан преобразователь на основе датчика
Холла, заменяющий вибрационный преобразователь
в автоматических приборах. Преобразователь на основе
датчика Холла имеет следующие технические данные:
датчик Холла выполнен из германия п-типа с удельным
сопротивлением 8 ом-см и размерами 5X3,5x0,3 мм;
входное сопротивление приблизительно 400 ом, выход-
ное около 500 ом; магнитная цель выполнена в виде
тороида с зазором. Магнитное поле создано напряже-
нием 6,3 в, 50 гц. Мощность, потребляемая обмоткой,
приблизительно 0,2 вт. Искажающая магнитное поле
третья гармоника не превышает десятых долей процен-
та. Коэффициент преобразования около 20%. После раз-
мещения в зазоре датчик Холла заливается эпоксидной
смолой. Преобразователь имеет цилиндрическую форму
диаметром 40 мм и высотой 40 мм. С целью уменьше-
ния влияния паразитных индуктированных напряжений
выводы электродов выполнены бифилярно. Верхний пре-
дел преобразуемого тока определяется допустимым пе-
регревом датчика Холла, нижний предел — чувствитель-
ностью усилителя, которая определяется уровнем шумов
на входе. Температурная погрешность показаний не
превышает 0,1 % на 10° С.
В Московском энергетическом институте [Л. 526] раз-
работаны преобразователь на основе датчика Холла и
транзисторный избирательный усилитель для усиления
сигнала, полученного с датчика Холла. Коэффициент
преобразования равен 17%. Преобразователь позволяет
преобразовывать постоянные напряжения от 6 мкв в си-
260
нусоидальные. Датчик Холла изготовлен из InSb с
удельным сопротивлением 0,01 ом-см и имеет размеры
10x5x0,5 мм. Магнитная индукция.в воздушном зазо-
ре дросселя составляет примерно 2 300 гс. Входное
активное сопротивление, равное 0,69 ом, не изменяется
во всем диапазоне измеряемых токов и напряжений.
Переменное паразитное напряжение, возникающее в дат-
чике Холла в результате воздействия переменного поля,
компенсируется с помощью катушки, помещенной в поле
рассеяния дросселя. Подбирая положение катушки, ком-
пенсируют первую гармонику паразитного напряжения
при отсутствии постоянного тока в датчике Холла. Изби-
рательный усилитель настроен на частоту 50 гц и по-
этому не пропускает высшие гармоники индуктирован-
ного напряжения. Недостатком вышеуказанного преоб-
разователя является относительно большая темпера-
турная нестабильность.
Хасмар и Оупеншоу [Л. 84] описали теорию и ре-
зультаты испытаний преобразователей двух видов. Они
подтвердили, что преобразователь, в котором преобра-
зуемое постоянное напряжение питает катушку намаг-
ничивания, а переменное модулирующее напряжение —
датчик Холла, имеет очень маленький коэффициент пре-
образования (порядка 1%) и большую температурную
нестабильность (поскольку с целью получения макси-
мального выходного напряжения через датчик Холла
в этом случае нужно пропускать максимально допусти-
мый управляющий ток). Такой преобразователь, одна-
ко, может быть использован, например, при большой
частоте преобразования, когда приходится учитывать
бесполезный со всех точек зрения большой импеданс
катушки намагничивания. В преобразователях другого
типа получен коэффициент преобразования, равный при-
близительно 16%, паразитное напряжение, индуктиро-
ванное при 100 гц, составило 8 мкв, а дрейф нуля был
пренебрежимо мал. Фирма «Сименс» [Л. 300, 301] се-
рийно выпускает преобразователь RMY11 со следующи-
ми техническими данными: активное сопротивление ка-
тушки намагничивания 3 ом, индуктивность катушки
0,5 мгн, номинальное значение тока катушки 35 ма,
входное сопротивление пленочного датчика Холла из
InSb примерно 60 ом, выходное сопротивление прибли-
зительно 30 ом, максимальное входное напряжение дат-
чика Холла 1,5 в, коэффициент преобразования 16%,
261
паразитное напряжение, индуктированное во входной
цепи при 1 000 гц и номинальном токе катушки,
<±5 мкв, а в выходной цепи <±1 мкв. Магнитная
цепь выполнена из двух ферритовых пластин, между ко-
торыми находится ферритовый сердечник, а на нем ка-
тушка намагничивания. На одной из пластин находится
датчик Холла в виде напыленного слоя InSb толщиной
около 5 мкм.
При полном управлении (наиболее сильной модуля-
ции) датчик Холла находится в поле с индукцией по-
рядка 2 кгс. Преобразователь помещен в магнитный
экран. Внешние размеры составляют около 2,5х2,0х
Х1,5 см.
Свойства преобразователя RMY11 предопределили
его использование во многих измерительных и регули-
рующих схемах.
16-5. ИЗМЕРЕНИЕ ДРУГИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Методы измерения силы тока и мощности с помощью
датчиков Холла проверены уже на многих разработках.
Кроме того, существуют отдельные публикации, описы-
вающие опыт применения датчиков Холла для измере-
ния других электрических величин.
Калич [Л. 224] произвел теоретический анализ и про-
вел экспериментальные исследования установки для
измерения промышленной частоты.
Выходной величиной является постоянное напряже-
ние, направление и величина которого зависят от знака
разности между измеряемой и заданной частотами. Та-
ким образом, установка может быть использована не
только для измерения, но также и для регулирования,
например, скорости вращения генератора.
Райдер-Смит, Гиль и Барингтон [Л. 415] разработали
прибор на основе датчика Холла для непосредственного
измерения при исследовании предохранителей. Этот
прибор в сравнении с существовавшими до того вре-
мени имеет большую точность (выше чем 2%), лучшие
частотные характеристики, требует низкого напряжения
питания (порядка 1 в) и отличается большой надеж-
ностью в работе.
Измерения фазы описываются в работах [Л. 333, 608
и 667].
262
Г лава семнадцатая
ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Важной областью использования датчиков Холла яв-
ляются измерения неэлектрических величин, а в особен-
ности измерения геометрических величин, а также пара-
метров механических колебаний. В вышеуказанном
случае используется относительное перемещение датчи-
ка Холла и источника магнитного поля. Необходимо под-
черкнуть, что развитие этого вида применений датчиков
Холла связано прежде всего с работами Института авто-
матики Польской Академии наук (см., в частности,
[Л. 725]). И именно поэтому, пользуясь публикацией
Налэнча (Л. 725], приводим с небольшими сокращения-
ми важнейшие работы, относящиеся к измерению угла
поворота, а также к измерению механических переме-
щений и колебаний.
17-1. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА ПОВОРОТА
Если в однородном магнитном поле датчик Холла
вращается вокруг своей продольной оси, то напряжение
Холла является правильной синусоидой.
Ввиду трудностей подключения проводов к электро
дам движущегося датчика Холла выгоднее, чтобы вра
щалось поле, а датчик
Холла был неподвижен.
Для усиления этого эф-
фекта лучше, если основ-
ная часть магнитопровода
состоит из железа (рис.
17-1). Если вращающаяся
часть в виде намагничен-
ного в радиальном на- Рис 174 Прибор для измерения
правлении вала /V—о по* угла поворота.
вернется на угол то в
датчиках Холла Х1 и Х2 индуцируется напряжение Uhi =
-= ин sin а и Унг— Uh cos а. Датчики Холла радиально
установлены ® зазорах наружного магнитного ярма и
смещены относительно друг друга на угол 90°. Осталь-
ные два зазора сделаны для устранения асимметрии
цепи.
263
Модель прибора, диаметр которого составляет не-
многим больше 3 см, выполнена на германиевых датчи-
ках Холла польского производства. Отсчет угла произ-
водится с точностью до 0,1°. Модель может служить,
так же как генератор функции синус — косинус, для пе-
редачи угла на расстояние в сельсин-приборах, а также
как преобразователь .механических угловых перемеще-
ний в электрические величины. Эта третья характерная
особенность ввиду малых размеров устройства может,
например, служить для преобразования в электрические
величины показаний приборов давления, температуры
и т. п., работающих на других принципах.
К главным достоинствам этого типа преобразова-
телей относятся: маленькие размеры и, прежде всего,
бесконтактная передача информации.
17-2. ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ВИБРАЦИЙ
Принцип измерения смещений очень прост. Если дат-
чик Холла механически перемещается в неоднородном
магнитном поле, то напряжение Холла будет зависеть
Рис. 17-2. Магиито-
проводы холловских
преобразователей ме-
ханических перемеще-
ний и колебаний.
от величины смещения. Следовательно, вопрос состоит
в нахождении таких магнитных схем, в которых эта
зависимость будет линейной.
На рис. 17-2,а, б, в представлены три магнитные схе-
мы, в которых датчик Холла перемещается в направле-
нии х; в первой схеме он выдвигается из зазора магнита
(рис. 17-2,а), во второй — перемещается в зазоре между
264
ферритовыми магнитами, установленными одноименны-
ми полюсами друг ,к другу (рис. 17-2,6), в третьей —
выдвигается из-под полюса S к полюсу W магнитной
схемы или наоборот (рис. 17-2,в).
Как следует из рис. 17-3, на котором показано изме-
нение магнитной индукции в зависимости от положения
датчика Холла, наиболь-
ший линейный градиент
индукции получается для
схемы, показанной на
рис. Т7-2,в, но только на
коротком участке смеще-
ния пластинки (порядка
1 мм). При смещениях по-
рядка нескольких 'милли-
метров лучше использо-
вать схему, показанную
на рис. 17-2,6, когда за-
висимость В(х) также
имеет линейный участок,
хотя и с меньшим -гради-
ентом.
Точность линейного
преобразования механи-
ческих смещений в пре-
образователе этого типа
Рис. 17-3 Зависимость напряже-
ния Холла Uh от механического
перемещения для устройств, изо-
браженных на рис. 17-2 [Л. 354].
зависит от многих пара-
метров. Всесторонний анализ погрешностей пре-
образователя сделан Налэнч (Л. 354]. Как следует
из его анализа, можно конструировать преобразователи
на основе датчиков Холла с точностью такой же, как
и точность других преобразователей, т. е. не ниже
чем 1,5%.
Чувствительность по напряжению (выражающаяся
в вольтах на миллиметр механического смещения) явля-
ется другой существенной характеристикой преобразо-
вателя.
Как следует из рис. 17-4, чувствительность по на-
пряжению в преобразователе
Г = У'Д2 =
^Пмакс __
X
= tga
265
складывается из чувствительности y'i самого датчика
Холла (выраженной в вольтах на гаусс)
, _
t 1— в ~ В
а также из значения у2 градиента магнитного поля, в ко-
тором перемещается датчик Холла (выраженного в га-
уссах на 1 мм):

Принимая у'1=10-4 e/гс (датчики Холла из InAsP
фирмы «Сименс»), а также определенное эксперимен-
тально значение градиента у2=Ю ООО гс)мм, получим
чувствительность по напряжению порядка 1 в[мм, что
означает I мв!мкм, или теоретически 0,1 мкв[Х механи-
ческого перемещения.
Чувствительность порядка I e/мм, а также наличие
напряжения в цепи Холла порядка нескольких милли-
вольт уже дают возможность производить непосредст-
венные измерения с помощью прибора, так что зачастую
Рис. 17-4. Чувствительность
холловского преобразовате-
ля перемещений [Л. 354].
применения усилителя не тре-
буется. Большую величину на-
пряжения с преобразователя
можно получить, используя не-
сколько датчиков Холла.
Чувствительность преобра-
зователя на основе датчика
Холла зависит также от рас-
стояния между магнитными си-
стемами.
На рис. 17-5 представле-
на схема акселерометра (изме-
рителя ускорений), в кото-
ром датчик Холла переме-
щается в зазоре между двумя магнитами, например
ферритовыми, направленными одноименными полюсами
друг к другу. Акселерометр работает в интервале уско-
рений 0—5g и в интервале частоты 0—25 гц. Напряже-
ние Холла, получающееся на выходе, достаточно велико,
чтобы привести в действие без добавочного усиления
стрелочный прибор или самописец.
Кроме того, разработан также акселерометр, который
дает возможность измерять ускорения величиной 10~3—
266
16-ig. Мри этом датчик Холла перемещается в магниФ-
ном поле с большим градиентом, порядка 10 000 гс]мм.
Как и в предыдущем случае, подвижная система погру-
Рнс. 17-5. Устройство акселерометра на датчике Холла.
X — датчик Холла; М — съемная м.асса; Пр — плоская пружина.
жена в силиконовую жидкость соответствующей вязко-
сти для получения необходимой амортизации.
При измерениях земного ускорения полный оборот
указателя ускорения (рис. 17-6) на 360° дает напряже-
ние Холла в виде синусоиды [при линейной связи UH =
= /(Л)] с амплитудой ±lg. Интересным является уча-
сток смещения вблизи ну-
ля, когда при повороте
акселерометра на очень
малый угол последний
можно точно определить.
На рис. 17-7 дана за-
висимость напряжения
Холла от ускорения. Нуль
ускорения имеет место
в точках пересечения кри-
вой с осью абсцисс; + lg
‘и —Ig можно определить
при горизонтальном поло-
жении акселерометра от-
носительно земли. Начи-
Рис. 17-6. Зависимость напряже-
ния Холла Uh от угла поворота
измерителя ускорений на датчиках
Холла.
ная примерно от ±0,8g, зависимость Uji=f(g) становит-
ся линейной. Для измерения меньших значений ускоре-
ния достаточно просто измерять это все уменьшающееся
напряжение Холла, например 1g соответствует пример-
но 80 мв, a 10~3g— 80 мкв.
267
На рис. 17-8 .представлена кривая Un—f(g) для диа-
пазона 10-3g. Аналогичный ход имеет кривая для диа-
пазона 10-4g. Возможно, что акселерометры этого типа
смогут заполнить пробел, существующий при измере-
ниях ускорений в области частот от нуля до нескольких
Рис. 17-7. Зависимость напряжения Холла Uh от
механического перемещения датчика Холла и от
ускорения на разных диапазонах.
герц, так как при больших частотах можно применять
пьезоэлектрические датчики ускорения, не имеющие под-
вижных частей.
Преобразователь на основе датчика Холла может
быть применен для измерения ряда неэлектрических ве-
личин, как, например, силы, массы, давления, размеров
предметов, в частности толщины ферромагнитных мате-
риалов [Л. 747], шероховатости поверхности и величин,
связанных с механическими вибрациями. В некоторых
случаях преобразователь этого типа может конкуриро-
вать с существующими методами измерений. Масса под-
вижного элемента мала (часто меньше 1 а), очень малы
и его размеры (например, 1,5x3 мм), т. е. невелика
инерция подвижного элемента. Потерями, вызванными
трением, часто можно пренебречь, так как элемент дви-
жется в воздухе и реагирует на действие малых сил.
268
Преобразователь на основе датчика Холла наШеЛ
также применение в области геофизических измерений
[Л. 349]. В схеме сейсмографа (рис. 17-9) масса 2 под-
вешена на пружине 1. На крице плеча <3 находится дат-
чик Холла 5, который перемещается в неоднородном по-
ле системы магнитов 4. Питание датчика Холла
осуществляется от источника постоянного тока с напря-
жением несколько вольт через резистор, который служит
для изменения чувствительно-
сти сейсмографа. Смещение
станины 6 сейсмографа, вы-
званное сотрясением основа-
ния, на котором стоит прибор,
приводит к перемещению пла-
стины в магнитном поле. На
выходе появляется напряже-
ние Холла. Подключенный к
выходу пластины регистратор
напряжения Холла, состоя-
щий, например, из гальва-
нометра, источника света, а
также барабана со светочув-
ствительной бумагой, запишет
изменения вибраций во вре-
мени.
Описанный сейсмограф
]Л. 346, 348, 349] может быть
использован как измеритель
угла наклона. Если из-за на-
клона основания станина ока-
Рис. 17-8. Зависимость на-
пряжения Холла 17н от
ускорения, выраженного в
единицах земного ускоре-
ния g.
зывается наклоненной под некоторым углом к горизон-
ту, то маятник сейсмографа также отклонится на угол
9 относительно первоначального положения. На выходе
датчика Холла появляется напряжение, которое вызы-
вает смещение зайчика гальванометра.
При использовании этого метода удалось замерить
наклонение основания в 0,001 угловой секунды, что
соответствовало смещению зайчика на светочувствитель-
ной бумаге на 6,45 см. Такая большая чувствительность
прибора может быть еще увеличена, если для измере-
ния наклона использовать разработанный для этой цели
маятник с подвеской Цолнера.
С целью сравнения сейсмографа на датчике Холла
с обычно используемым электродинамическим сейсмо-
269
графом мёханйческйё конструкции обоих сейсмографов
оставлены без изменений. В одном из них заменен один
электродинамический датчик на преобразователь с дат-
чиком Холла.
Из представленных публикаций теоретического
анализа и проведенных исследований следует, что сей-
смограф с датчиком Холла имеет чувствительность (г. е.
Рис. 17-9. Схема, поясняющая прин-
цип действия сейсмографа на датчи-
ках Холла.
коэффициент усиления), приблизительно в 100 раз боль-
шую, чем электродинамические сейсмографы.
Вышеуказанные принципы действия прибора исполь-
зованы для измерения дрожания руки. Магнитная схема
этого прибора состоит из двух больших ферритовых
магнитов, направленных друг к другу одноименными
полюсами. Между ними вздрагивает свободно вытяну-
тая рука, причем к одному из пальцев прикреплен дат-
чик Холла. Провода от датчика Холла отводятся вдоль
руки. В этом случае он движется свободно, без трения
в неоднородном магнитном поле. Напряжение Холла
оказывается столь большим, что может быть непосред-
ственно измерено регистрирующим прибором.
270
17-3. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
Японская фирма YEW (Yokagawa Electrical Works, Ltd) исполь-
зовала датчики Холла в индикаторах давления (Л. 611]. В индика-
торе давления TSP датчик Холла, помещенный в поле с большим
градиентом, механически соединен с элементом, чувствительным
к изменениям давления. Датчик Холла преобразует давление в на-
пряжение постоянного тока в диапазоне 0—10 мв (при смещении
датчика Холла 0—2 мм).
В разностном индикаторе давления TDP-31, применяемом, в ча-
стности, для измерения потока, уровня жидкости и т. п., изменения
давления преобразуются в напряжение постоянного тока 0—10 мв
также с помощью датчика Холла. Рабочая температура достигает
60° С.
Глава восемнадцатая
СЧЕТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Возможность самого разнообразного сочетания вход-
ных и выходных цепей позволяет использовать датчики
Холла для создания схем, осуществляющих различные
математические и логические операции, как-то: сложе-
ние, вычитание, умножение, деление, возведение в сте-
пень, извлечение корня, дифференцирование, интегри-
рование, решение систем уравнений, элементы памяти
и т. in.
18-1. СЛОЖЕНИЕ И ВЫЧИТАНИЕ
Получение суммы нескольких сигналов (A=Ai+Az+...+ЛП)
может быть осуществлено путем размещения датчиков Холла
Xi, Xz,..., Х„ с одинаковыми параметрами в зазоре магнитной
цепи с постоянным магнитом, последовательного соединения их
выходных цепей и подачей слагаемых сигналов к соответствующим
входным цепям в виде управляющего тока Ixi = kAi, Ixz=kA2, ...
• • > Г х п kA п.
Так как напряженность магнитного поля в зазоре магнита
является постоянной и одинаковой для всех датчиков Холла,
го выходные напряжения отдельных датчиков Холла будут про-
порциональны значениям соответствующих управляющих токов,
т. е. слагаемым сигналом, суммарное же напряжение Холла всех
датчиков будет пропорционально сумме сигналов.
Другим способом сложения сигналов является сложение маг-
нитных потоков, полученных с помощью отдельных обмоток (к ко-
торым подводятся слагаемые сигналы) на общем магнитном сер-
дечнике. В зазоре сердечника помещен датчик Холла, выходное на-
пряжение которого (при неизменном управляющем токе) будет
пропорционально сумме сигналов
Вычитание двух величин основано на дифференциальном сое-
динении выходных цепей или на противоположном направлении
навцва рбмоток на сердечник.

271
18-2. УМНОЖЕНИЕ
Проблема перемножения двух электрических величин — чаще
напряжений (токов) или других физических величин, преобразован-
ных в напряжение (ток), — очень часто встречается в- различных
электрических приборах и в особенности в решающих, моделирую-
щих и измерительных устройствах.
Умножению подвергают как постоянные, так и переменные
напряжения в широком интервале частот, синусоидальной или дру-
гой формы, с амплитудой от десятков милливольт до сотен вольт.
Требования к выходному сигналу колеблются в значительно более
узких границах, так как чаще всего используют сигнал с постоян-
ным напряжением от нескольких десятков милливольт до 100 в.
Точность перемножающих приборов колеблется в пределах от
сотых долей процента до нескольких процентов.
Сравнение технических данных нужно проводить по многим
типам умножающих приборов, основанных на разных физических
принципах и схемах с преобразованием, модулированием и усиле-
нием входных и выходных сигналов.
Панкалла (Л. 365], а также Целиньский и Римави (Л. 75] пред-
ставили данные более чем 20 типов аналоговых перемножающих
приборов, работающих с различной точностью (0,01—7%), при раз-
ных частотах (1,5 гц— 10 Мгц), входных напряжениях (1,4—300 в),
выходных напряжениях (0,07—100 в), имеющих разный дрейф пуля
(0,01—0,1%); там же приведены краткие характеристики приборов.
Как на этом фоне выглядят свойства перемножителей на основе
датчиков Холла?
Для того чтобы простым способом перемножить две величины
между собой, необходимо преобразовать одну из них в управляю-
щий ток, а другую — в магнитную индукцию.
Различают следующие виды перемножителей на основе дат-
чика Холла:
а) с катушкой и ферромагнитным сердечником (при входных
сигналах в виде постоянного тока или тока низкой частоты);
б) с катушкой и ферритовым сердечником (при сигналах средней
и высокой частоты);
в) с катушкой без сердечника (при очень высоких частотах и
когда требуется получить хорошую линейность).
В случае умножителей с воздушной катушкой используется
один датчик Холла, а при катушке с магнитным сердечником —
один или два датчика Холла, причем второй датчик Холла служит
для регулирования тока катушки с целью компенсации нелинейно-
стей, вводимых магнитным сердечником (Л. 306].
Если изготовлена магнитная цепь, для которой справедлива
прямая пропорциональность между магнитной индукцией и током
/|, протекающим через катушку магнитной цепи (В=А|/|), то фор-
мула для -напряжения Холла примет следующий вид:
U и —'-kkil 1/х-
Из этой формулы видно, что точность умножения определяется
не только точностью определения токов и точностью измерения
напряжения Холла, но и коэффициентами перемножения k, ki, кото-
рые зависят, в частности, от нелинейностей отдельных членов, си-
стемы по току, частоте, температуре и т. п. Поэтому это умножаю-
272
щее устройство необходимо проектировать, исходя из заданной
точности. Эту проблему всесторонне рассматривает Оксениус
[Л 363].
Обычно расчет такого устройства сводится к оценке интервала
изменений магнитного поля, при котором погрешности не превышали
бы допустимых значений, оценке возможностей различных материа-
лов, а также к подбору типа и вида датчиков Холла, удовлетворяю-
щих заданной линейности. Если магнитное поле переменное, необ-
ходимо обратить внимание на величину индуцированных паразитных
э. д. с., а также на возможность их взаимной компенсации и при-
нять во внимание возможность возникновения выпрямления на кон-
тактах Холла. Если источником сигнала является постоянный ток,
то необходимо принять во внимание появление термоэлектрических
напряжений. Следовательно, при определении точности умножения
с помощью датчика Холла необходимо принять во внимание сумму
различных паразитных напряжений, появляющихся в цепи Холла
вместе с полезным сигналом. Эта сумма ограничивает предельную
чувствительность датчика Холла, которая определяется отношением
полезного сигнала к сигналу помех. Чем больше будет полезный
сигнал, тем меньшим будет влияние на него возможных изменений
уровня помех и тем стабильнее будет работать датчик Холла. При
расчете умножающего устройства необходимо знать стабильность
датчиков Холла при минимальных сигналах.
При использовании датчика Холла с размерами 12x6X1 мм,
изготовленного из InAs с коэффициентом Холла /?н = Ю0 см3/к,
удельным сопротивлением, равным 4,3 • 10~3 ом-см (значения
параметров при 20°С), получены (Л. 363] температурные коэффи-
циенты коэффициента Холла и удельного сопротивления соответст-
венно —0,03%/град и +0,1%/град. Зависимость /?н от магнитной
индукции до 20 кгс пренебрежимо мала. Удельное сопротивление
датчика Холла в зависимости от индукции изменяется по формуле
Гу=гу0(1+2,5 В2).
Эта формула справедлива для магнитных индукций величиной
до 2 кгс.
Управляющий ток подводится к датчику Холла через плоские
электроды, имеющие контакт с датчиком Холла по всей его ширине,
что обеспечивает равномерное распределение тока. В одном моде-
лирующем счетном устройстве, в котором использованы вышеописан-
ные датчики Холла, были следующие условия работы: 1) периоды
счета и перерыва, следующие друг за другом, длятся по 20 мсек.
До конца периода перерыва счетный элемент должен достичь нуле-
вого положения; 2) заданная точность 0,4%. Исходя из условий
точности, можно определить значение управляющего тока и свойст-
ва магнитной цепи.
В связи с тем что ферромагнитный сердечник вводит различные
погрешности, в частности нелинейную зависимость между напря-
женностью поля и индукцией, потери на вихревые токи и гистерезис
и т. п., необходимо применять катушку без сердечника. В воздухе
можно достичь значения магнитной индукции до 100 гс. При столь
малых значениях индукции можно пренебречь влиянием погреш-
ностей, связанных с зависимостью Ян=?(В).
Величина управляющего тока определяется из условий нагрева-
ния датчика Холла, так как температура датчика Холла влияет
на Температурные изменения активного сопротивления гх и гв
18—140] 273
не влияют на точность устройства, так как датчик Холла практи-
чески работает без нагрузки, а величину управляющего тока можно
сделать независящей от активного сопротивления. Температура дат-
чика Холла может изменяться в результате изменения окружающей
температуры, а также из-за джоулева тепла. Расчет показал, что
допустимая величина управляющего тока не должна превышать
0,4 а; такое значение тока выбрано с учетом только собственного
нагрева, влиянием же изменений температуры окружающей среды
можно было пренебречь.
. Кроме влияния температуры и магнитного поля на коэффи-
циент Холла, точность устройства определяется, как известно,
остаточным напряжением, напряжением вихревых токов, а также
термоэлектрическим напряжением.
Для компенсации напряжения неэквипотенциальности исполь-
зуется одна из известных схем.
Остаточное напряжение, вызванное вихревыми токами, пропор-
ционально скорости изменения индукции магнитного поля dBldt',
это напряжение не зависит от величины управляющего поля.
Экспериментально подтверждено, что в описанных датчиках Холла
при индукции В = 75 гс, частоте 10 кгц и практически встречающих-
ся отклонениях выходных электродов от оси симметрии величина
этого паразитного напряжения может достигать 1,3 мв. Это напря-
жение слишком велико и его нужно скомпенсировать. С этой
целью датчик Холла помещается в магнитном поле так, чтобы
магнитный поток, проходящий через датчик Холла слева и справа
от холловских контактов, был одинаковым. В этом случае индуктиро-
ванное остаточное напряжение исчезает.
Значение паразитной термо-э. д. с. определено эксперименталь-
но. При управляющем токе 0,4 а это напряжение составило 0,07 мв,
время установления температуры, а следовательно, и термо-э. д. с.— ,
порядка нескольких минут. Значение погрешности, вызванной тер-
мо-э. д. с., 2,8%.
Эта погрешность значительно превышает допустимое значение,
при этом ее нельзя скомпенсировать. С целью уменьшения погреш-
ности необходимо уменьшить значение термо-э. д. с., что можно
осуществить, уменьшая величину управляющего тока (в данном
случае до 50 ма). При этом значении управляющего тока выходное
напряжение составляет только 0,3 мв. Такой низкий уровень выход-
ного напряжения предъявляет жесткие требования как к уровню
шумов в усилителе, так и к стабилизации питающего напряжения.
Эту трудность можно обойти, применив модуляцию одного из сиг-
налов, управляющих датчиком Холла. Анализ показал, что из трех
возможных вариантов модуляции необходимо выбрать вариант
с модуляцией управляющего тока при постоянном управляющем
поле. Сравнение работы умножающего устройства для случаев
модулированного и немодулированного управляющего тока привело
к следующим выводам:
1) модуляция обеспечила большую точность;
2) модулированный выходной сигнал может иметь значительно
большую мощность (значительно большее значение управляющего
тока);
3) модулированный выходной сигнал легко усилить;
4) при модулировании необходимы два дополнительных устрой-
ства.
274
Описанное умножающее устройство {Л. 363] имело точность
умножения ±0,3%.
Лёфгреп [Л. 306] описывает умножающее устройство для сиг-
налов с частотой порядка 20 гц с магнитной цепью из мягкого
железа (достигнута индукция 10 000 гс). Точность этого устройства
составляет 0,1%.
Коэн (Л. 87] разработал умножитель на основе датчика Холла
на полосу частот до 10 Мгц.
Кобзев {Л. 750] исследовал умножитель на основе германиевого
датчика Холла, предназначенный для перемножения двух напряже-
ний произвольной формы в диапазоне до 3 000 гц.
Сравнивая данные перемножителей на основе датчиков Холла
(см. также каталог перемножителей на основе датчиков Холла
в конце книги) с перемножителями, основанными на других прин-
ципах, можно сделать вывод, что в общем свойства умножителей
на основе датчиков Холла близки к свойствам других перемножи-
телей (точность 0,3%, полоса частот 104 гц). Наивысшие достиже-
ния среди перемножителей на основе датчиков Холла — это 0,1%
и 10 Мгц. При этом необходимо подчеркнуть, что увеличение рабо-
чей полосы частот этих перемножителей сравнительно мало влияет
на ухудшение их точности.
18-3. ДЕЛЕНИЕ
Одна из схем, служащих для деления двух величин, пропорцио-
нальных Ui и Uz, приведена на рис. 18-1 (Л. 524].
В этой схеме использовано автоматическое сохранение равенства
Uy = Uz, (18-1)
где U2 означает напряжение, пропорциональное делимому. Возмож-
ная разность между этими напряжениями служит сигналом рас-
Рис. 18-1. Устройство для получе-
ния отношения двух величин.
согласования, который после усиления в усилителе У регулирует
потенциал сетки, а следовательно, и анодный ток лампы Л (являю-
щийся управляющим током датчика Холла) до получения равенст-
ва (18-1).
Так как
Uv=kIxH, (18-2)
18* 275
to после подстановки уравнёння (18-1) в уравнение (1Й-2) и прй-
нимая во внимание, что к обмотке дросселя Д подводится 'напряже-
ние Ut, пропорциональное делителю
H=kiUt, (18-3)
получаем: U2==^xk\Ui (18-4)
или s- <,8-5>
а так как 1/, = ^ = ^, (18-6)
то, подставляя получим: формулу (18-5) в формулу (18-6), окончательно fe2 иг и2 и\-^ттс <18-7)
т. е. падение напряжения на резисторе Ri будет пропорционально
частному от деления напряжений Uz и Ui.
18-4. ВОЗВЕДЕНИЕ В СТЕПЕНЬ И ИЗВЛЕЧЕНИЕ КОРНЯ
Возведение, например, в квадрат осуществляется очень просто.
Соединим (рис. 18-2) последовательно входную цепь (токовую)
Рис. 18-2. Устройство для
возведения в квадрат.
Рис. 18-3. Устройство для 'возведения
в третью степень.
датчика Холла с обмоткой катушки, возбуждающей поле, в резуль-
тате этого
Uv — klxH = klxkjx = k2fx.
(18-8)
т. е. напряжение Холла прямо пропорционально квадрату величи-
ны 1Х.
Возведение в третью степень производится по схеме, представ-
ленной на рис. 18-3. Ток /х течет через последовательно соединенные
токовые цепи датчиков Холла Xi и Хг, а также через катушку воз-
буждения датчика Холла Xi, в то же время напряжение Холла Uvi
276
Датчика Холла Xi питает катушку возбуждения Датчика Холла Х2.
Тогда получаем:
Uvi—klxH, (18-9)
но
Н — (18-10)
следовательно,
UV2 = klxktl2x = k2r3x. (18-11)
Извлечение квадратного корня осуществляется при помощи
схемы, показанной на рис. 18-4 (Л. 524]. Число, из которого извле-
Рис. 18-4. Устройство для извле-
чения квадратного корня.
кается корень, пропорционально Up, а искомым числом является
1х. Так как ток 1Х течет через последовательно соединенные катуш-
ку возбуждения и датчик Холла, то
Uv = kl2.. (18-12)
Значение Uy сравнивается с заданной величиной Up. Разность
Uv—UJр является сигналом погрешности и служит для такого ре-
гулирования /х, чтобы
fe/2— Up=0, (18-13)
тогда
lx — J/ £ Uy ----- kt J' Uy.
(18-14)
На основе этой схемы можно создать схему, служащую для
извлечения корня п-й степени. На рис. 18-5 дана схема, производя-
щая извлечение кубического корня.
18-5. ДРУГИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Соединение простых счетных элементов позволяет создать ре-
шающие схемы различного применения. Фей (Л. 122] дает, например,
схему для нахождения действительных и комплексных корней квад-
ратного уравнения ах2 + Ьх+с = 0.
Интересные решающие схемы можно выполнить, пользуясь
поворотным синус-косинусным генератором на основе датчика
Холла [Л. 122], например, для решения уравнений, содержащих раз-
личные комбинации функций типа sin х, cosx, ряды Фурье и т. п.
277
В аналоговых машинах этот генератор служит в качестве
устройства, осуществляющего замену переменных г, 0 системы по-
лярных координат на переменные х, у в системе декартовых коор-
динат.
Дальнейшее исследование поворотных умножающих элементов
приводит к каскадной схеме, которая позволяет производить раз-
Рис. 18-5. Устройство для извлечения
корня третьей степени.
личного вида умножения с помощью одной операции.
Барни и Бернс {Л. 26] запатентовали элемент памяти на датчи-
ках Холла.
Куи и Уивер (Л. 257] разработали тройственный логический
элемент на основе датчиков Холла.
В работе [Л. 417] описана схема на основе датчиков Холла,
выполняющая умножение векторов (см. § 20-5).
Глава девятнадцатая
ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ
19-1. ЛИНЕЙНЫЙ И КВАДРАТИЧНЫЙ ДЕТЕКТОРЫ
Принцип действия детекторов на основе датчиков
Холла следующий. Пусть управляющий гок
=/0 sin , (19-1)
а напряженность магнитного поля
Н = £/osin<^, (19-2)
278
т. е. один и тот же ток протекает и через датчик Холла
и через катушку, возбуждающую поле. Поэтому
Uy = kjxli = kjo sin &>tlo sin =
= y Mo-------F Mo cos (19-3)
Так как среднее значение второго слагаемого за пе-
риод равно нулю, то окончательно
^ср = Мо« (19-4)
т. е. такое устройство является идеальным квадратич-
ным детектором.
Если же напряженность поля H = Hosinat отри Но=
= const создается током от другого источника, нежели
ток /Х=Л) sin at, подлежащий детектированию^ то
(19-5)
это значит, что постоянная составляющая напряжения
Холла зависит только от тока 10 в первой степени, сле-
довательно, устройство является идеальным линейным
детектором.
Этот детектор — фазочувствительный, так как знак
постоянной составляющей напряжения Холла зависит
только от фазы подаваемого на датчик Холла управ-
ляющего напряжения, если фаза магнитного поля по-
стоянна.
Детектор на основе датчиков Холла дает идеальное
детектирование напряжения, начиная примерно от
0,5 мкв.
Принципиальная разница между линейным фазочув-
ствительным детектором на основе датчиков Холла и
ламповым или полупроводниковым детектором состоит
в отсутствии в детекторе с датчиком Холла дрейфа нуля.
Это вызвано тем, что на выходе датчика Холла появ-
ляется напряжение только суммарной или разностной
частоты, в то время как в детекторах другого рода появ-
ляется большое число напряжений с разными частотами,
часть которых можно скомпенсировать, например, под-
бором нелинейных элементов. Это, однако, приводит
к неустойчивости нуля детектора во времени и при из-
менениях температуры. В детекторе на основе датчика
Холла такого рода трудности не появляются. Следую-
щими достоинствами линейного и фазочувствительного
детекторов на основе датчика Холла является возмож-
279
ность получения произвольного выходного и ВХОДНОГО
активных сопротивлений за счет использования датчи-
ков Холла разных типов. Фазочувствительные детекторы
на основе датчиков Холла необходимо использовать
в тех случаях, когда не требуется большой .мощности.
Детекторы на основе датчиков Холла отличаются,
кроме того, тем, что в отличие от обычных нелинейных
детекторов в них не происходит детектирования пере-
менных паразитных напряжений, поскольку фаза этих
напряжений отличается от фазы полезного сигнала. Как
квадратичный, так и линейный детекторы могут рабо-
тать в диапазоне низких и высоких частот.
19-2. АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК
Детекторные свойства датчиков Холла позволяют ис-
пользовать их для создания простого и чувствительного
анализатора гармоник. Если управляющий ток в ли-
нейном детекторе равен ХДи sin оьА то изменяя частоту
магнитного поля, можно по очереди детектировать те
гармоники управляющего тока, частота которых равна
частоте магнитного поля, и на выходе датчика Холла
Uyi = kIOi, (19-6)
т. е. постоянная составляющая пропорциональна току
отдельных гармонических составляющих. Используя, на-
пример, датчик Холла из InAs с уровнем шумов 0,05 мкв,
можно обнаружить сигналы гармоник, напряжение ко-
торых составляет 0,5 • 10—4% напряжения входного сиг-
нала, равного 1 в. Анализаторы на основе датчиков Хол-
ла позволяют исследовать кривые в довольно узком
интервале частот, а разрешающая способность этих ана-
лизаторов зависит только от времени, имеющегося
в распоряжении.
19-3. МОДУЛЯТОР И СМЕСИТЕЛЬ
Как известно, модуляцией называется процесс изме-
нения одного или нескольких параметров данного сиг-
нала по модулирующей функции. Параметрами сину-
соидальной несущей волны являются амплитуда, часто-
та и фаза. Модулировать можно любой из этих пара-
метров. Из огромного количества разнообразных
методов и схем модуляции нас интересует прежде всего
амплитудная модуляция, которую можно осуществить
при помощи датчиков Холла.
280
При амплитудной модуляции колебания высокой ча-
стоты, модулированные напряжением некоторой часто-
ты, описываются формулой
= ^m(l+ZWCOSQZ) COS («•>/-}-?), (19-7)
где Um — амплитуда немодулированных колебаний несу-
щей волны; т — коэффициент модуляции; со—'Частота
несущей волны; Q — частота модулирующего сигнала;
ср —фазовый угол несущей волны.
Из выражения (19-7) видно, что модулированная
волна при амплитудной модуляции складывается из трех
составляющих: несущей частоты и двух боковых частот
(o+iQ и i(o—iQ.
Если оба сигнала являются сигналами высокой ча-
стоты, то тогда получаем смесители, принципиальным
достоинством которых в сравнении с ламповыми смеси-
телями является минимальная величина шумов вплоть
до диапазона ультракоротких волн.
19-4. УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
Можно создать удвоитель частоты на основе датчиков Холла.
Если в квадратичном детекторе на основе датчиков Холла отделить
постоянную составляющую, то оставшаяся переменная составляю-
щая напряжения Холла меняется с удвоенной частотой по сравне-
нию с частотой управляющего тока (напряжения).
19-5. УСИЛИТЕЛЬ
При помощи датчиков Холла можно также усиливать сигналы
постоянного и переменного токов двумя способами, а именно, когда:
1) усиливаемый сигнал подведен к цепи управляющего тока дат-
чика Холла, а магнитное поле неизменно;
2) усиливаемый сигнал подведен к цепи катушки возбуждения,
в то время как управляющий ток остается постоянным по величине.
Первый способ скорее чисто теоретический, так как при опти-
мальном выборе материалов, конструкций и схем отношение мощ-
ности на выходе датчика Холла к мощности на его входе не может
превышать 17%.
В то же время во втором случае удалось получить коэффициент
усиления 20 для постоянного тока и 5 для переменного.
Как показывает Хартель (Л. 184], в отдельных случаях при
очень большой подвижности носителей тока в полупроводниковом
материале и при минимальном зазоре в магнитной цепи можно
получить коэффициент усиления порядка 1 000.
281
iM. ГЕЙЕРА^
Если в схеме усилителя на основе датчика Холла создать до-
полнительную последовательную нли параллельную обратную связь,
то можно получить схему генератора электромагнитных колебаний
при некотором отношении постоянного тока Iv к току выходной
цепи в цепи обмотки. От значения 1У зависят также амплитуда
генерированного тока н постоянная времени возбужденных колеба-
ний. Распространению генераторов на основе датчиков Холла мешает
их маленький к. п. д., составляющий на практике 5—8%.
Усилитель на основе датчика Холла с последовательной обрат-
ной связью можно также использовать как регулируемый в широ-
ком диапазоне линейный илн нелинейный резистор с положительным
или отрицательным активным сопротивлением.
Наряду с генераторами на основе датчиков Холла — назовем
их статическими генераторами, основанными на использовании об-
ратной связи в усилителях, — датчики Холла позволяют также по-
строить вращающиеся генераторы.
19-7. НЕОБРАТИМЫЕ (НЕВЗАИМНЫЕ) ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕПЕЙ
Необратимые (невзаимные) элементы электрических
цепей, использующие свойства датчика Холла, являются
одним из интереснейших применений явления Холла. Все
эти элементы имеют одну общую черту, а именно, рабо-
тают в магнитном поле с постоянным значением индук-
ции (чаще всего это цепи с 'постоянными магнитами),
в то же время управляющий ток может сильно изме-
няться как по силе, так и по частоте.
Согласно (классификации Грабса [Л. 162] к этой
группе принадлежат следующие элементы: гиратор, уси-
литель с отрицательным сопротивлением, циркулятор,
изолятор:
19-7-1. ГИРАТОРЫ
Принцип действия этих приборов разработали Майкс-
нер [Л. 319] и Казимир [Л. 74], которые показали, что
в проводящей среде, находящейся в ортогональном маг-
нитном поле, полное проходное сопротивление между
двумя парами зажимов является антивзаимным, т. е.
/?«(Я)^м(Я), (19-8)
но выполняется зависимость
Rik(H)=Rki(-H). (19-9)
Макмиллан {Л. 331] подсказал возможность исполь-
зования эффекта Холла для осуществления прибора,
названного гиратором и реализующего зависимости
(19-8) и (19-9).
282
Идеальный гиратор был бы также идеальным ин-
вертором полного сопротивления, однако потери, возни-
кающие в реальном исполнении, не позволяют практи-
чески осуществить такой 'прибор. Тем не менее на осно-
ве анализа гиратора появились предложения других
приборов, основанных на принципе антивзаимности дат-
чика Холла, из которых изолятор нашел практическое
применение и сделал возможным значительный прогресс
в области конструирования электронных усилителей на
туннельных диодах.
Ниже рассмотрены другие невзаимные элементы, при-
чем особое внимание обращено на изолятор.
«$-7-2. УСИЛИТЕЛИ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Шокли и Мэзон [Л. 431] в 1954 г. предложили кон-
струкцию усилителя с отрицательным активным сопро-
тивлением. Принципиальная
схема такого усилителя по-
казана на рис. 19-1. Он со-
стоит из датчика Холла спе-
циальной конструкции стре-
мя электродами, находящи-
мися в перпендикулярном
магнитном поле, и трех от-
рицательных проводимостей
У1, У2 и z/з. Эта схема
дает возможность приме-
нять двухполюсные элементы
с отрицательным сопротивле-
нием, а одновременно выде-
ляет только одно ‘направление
показали, что уравнения tokoi
следующий вид:
Рис. 19-1. Схема идеального
усилителя на отрицательных
сопротивлениях.
передачи. Шокли и Мэзон
такой схемы будут иметь
Л = (Уо+у> + у2) - [4 (1 - а) Уо+У*]и*’> (1£>-1°)
h — — (1 +а) Уо Уа] + (Уо + у2 4" Уз) ^2’ (19-11)
где z/j, у2, у3 — отрицательные проводимости; у0— прово-
димость пластины, определяемая выражением
Уо у I или Уо= Т/~ | >
ut I t/a==0 I 01=0
283
a— безразмерный коэффициент, являющийся функцией
угла Холла.
Если значения активных проводимостей у2, у3 по-
добрать так, чтобы выполнялись условия
«/. = ^ = -(1 + *)-^-. (19-12)
z/2 = (a-l)^~, (19-13)
то уравнения для тока упростятся
А=0,
I2='uyaUi- (19-14)
Из полученного решения следует, что передача мощ-
ности в таком приборе происходит только в одном на-
правлении. Вышеописанную схему авторы проверили
экспериментально. Получено усиление 6 дб в одном на-
правлении и затухание 46 дб — в другом.
19-7-3. ЦИРКУЛЯТОРЫ
Циркулятор является необратимым элементом с 2п
симметрично расположенными электродами. Характери-
зуется он передачей сигнала
только к соседней по на-
правлению часовой стрелки
паре электродов. На осталь-
ных электродах сигнал силь-
но ослаблен. На рис. 19-2
поясняется принцип дей-
ствия 6-электродного цирку-
лятора. Электроды размеща-
ются на ребрах пластины
через 60°. Входное напряже-
ние приложено к зажимам
1—1. Подобранное значение
магнитной индукции позво-
Рис. 19-2. Принцип действия
6-электродного циркулятора.
ляет достигнуть величины
угла Холла 0=60°. Этим спо-
собом входной сигнал может быть передан только на
зажимы 2—2, так как зажимы 3—3 находятся на экви-
потенциальной линии. В случае использования в качест-
284
ве входных другой пары электродов картина будет ана-
логичной, но смещенной на 60 или 120°. Работу цирку-
лятора анализировал Грабе [Л. 163].
Тот же автор исследовал циркулятор, изготовленный
из германия с удельным сопротивлением р = 6 ом-см.
Оказалось, что практически очень трудно расположить
электроды симметрично и поэтому требовалось приме-
нить систему сопротивлений, симметрирующих циркуля-
тор. Это сопровождалось дополнительными потерями.
Получены потери в проводящем направлении 17 дб,
а в запорном направлении 61 дб. В вышеуказанных ра-
ботах не даны частотные характеристики циркулятора.
19-7-4. ИЗОЛЯТОРЫ
Необратимым элементом на датчике Холла, который
быстрее всего проложил себе порогу к практическому
применению, является изолятор.
Он обладает всеми свойствами,
подобными свойствам элементов,
ранее перечисленных, но просто-
та его действия и конструкции
позволяет практически осуще-
ствить приборы, использующие
этот элемент. Прежде всего он
дает возможность конструировать
многокаскадные усилители на
туннельных диодах, что было до
Рис. 19-3. Принципиаль-
ная схема изолятора.
сего времени весьма затрудни-
тельно ввиду паразитных связей, появляющихся при по-
следовательном соединении каскадов усилителя на тун-
нельных диодах.
Первое решение по вопросу осуществления изолято-
ра [Л. 407] заключается в том, что в схему симметрич-
ного гиратора включаются два резистора, приводящие
к асимметрии (рис. 19-3). Условия изоляции получаются
______________________________0 благодаря компенсации напряже-
ния асимметрии напряжением
а______________Холла при помощи соответствен-
г*--- но подобранных значений индук-
ции В. Такой изолятор, однако,
дф . а довольно неудобен по сравнению
Г с так называемым «скошенным»
Рис. 19-4. Скошенный изолятором, который уже не тре-
изолятор. бует применения сопротивлений
285
и R2. На примере скошенного изолятора ниже будут
проанализированы свойства и характеристики холлов-
ских изоляторов.
Скошенный изолятор представляет собой резко асим-
метричный датчик Холла. Обозначая для такой схемы
(рис. 19-4) элементы матрицы датчика Холла, получим
[Л. 251] для Л = 0:
^12 = ^ = г'о-уВ; (19-15)
1 2
/?22=^ = ^в; (19-16)
для /2 = 0:
= (19-17)
/?21 = -^=г'0 + тВ- (19-18)
Из зависимостей (19-15) и (19-18) следуют условия
изоляции и пропускной способности. Если г'0 = уВ, то
получается
/?12 = 0;
/?21 = 2г'о = 2уВ. (19-19)
При практическом создании изолятора (пренебрегая
температурной зависимостью его свойств) важнейшими
проблемами являются:
1) получение наименьших потерь мощности в про-
пускном направлении;
2) сохранение условий изоляции в самом широком
интервале частот.
Потери мощности в пропускном направлении мало
зависят от частоты, зато величина их в большой степени
обусловлена надлежащим подбором материалов изоля-
тора. Согласно Крёмеру [Л. 262], к. п. д. изолятора для
условия /?12=0 и согласованной нагрузки R — Rvb пред-
ставляется следующим выражением:
Подставляя в формулу (19-20) данные из зависимостей
(19-15)—(19-19), а также принимая во внимание, что Rx —
= Ry = p — и /? /р = |4, получим известное выра-
ОС ис **
286
Женйе Длй к. tt. Д.
т] = (GH p.B)2.
(19-21)
В силу изложенного для получения большого к. п. д.
необходимо использовать материалы с большой подвиж-
ностью носителей тока (материалом, удовлетворяющим
этим словиям, является .прежде всего InSb).
Зависимость (19-21) удовлетворяется только при ма-
лых значениях В и, как уже было показано в § 5-4, при
больших значениях В ц
увеличивается медленнее,
чем В2, и при В = оо до-
стигает максимальной ве-
личины т]=0,172 [Л. 502].
Зато характеристика
изоляции обладает силь-
ной зависимостью от ча-
стоты. Эта зависимость
следует из существования
скин-эффекта, который
Рис. 19-5. Частотная характери-
стика изолятора.
усложняется еще явлени-
ем Фарадея [Л. 262], заключающимся во вращении
плоскости поляризации микроволнового поля -в при-
сутствии постоянного магнитного поля. Эти эффекты
приводят к уменьшению угла Холла 0, а следовательно,
и к исчезновению условий изоляции.
Как показывает Крёмер [Л. 262], влияние вышеопи-
санных явлений будет пренебрежимо мало, когда тол-
щина датчика Холла с<б, где б —глубина проникнове-
ния, определяемая зависимостью
б = р/2(0Ц(ь
(19-22)
где со — круговая частота, ц0— магнитная проницае-
мость вакуума.
Из существующих экспериментальных данных следует,
что возможно получение потерь, лишь немного отличаю-
щихся от теоретических. Хабард [Л. 208] сообщает об
изоляторе, изготовленном из InSb и работающем совмест-
но с туннельным диодом; полученные потери составляют
около 12 дб. Кобус [Л. 251] получил на изоляторе из то-
го же материала потери приблизительно 10 дб.
Получение хороших характеристик в широком ин-
тервале частот представляет большие трудности. Оба
вышеуказанных автора получили похожие характеристи-
ки изоляции; одна из них показана на рис. 19-5.
287
Очень интересное решение изоляторов из датчиков
Холла с большим к. п. д. описал Грютцман [Л. 165]. Он
исследовал схемы изолятора, гиратора и циркулятора,
опираясь на работу Арльта [Л. 6] (см. § 5-4), посвящен-
Рис. 19-6. Частотная характе-
ристика многоэлектродного
изолятора.
ную разработке многоэлек-
тродной схемы. Для схемы
изолятора с 12 парами вход-
ных и выходных электродов
потери в пропускном на-
правлении составили только
1,38 дб, что соответствует
к. п. д. т] = 0,717. Затухание
в запорном направлении со-
ставляло около 50 дб. Ча-
стотная характеристика это-
го изолятора показана на
рис. 19-6, из которого виден, однако, и главный недоста-
ток этого прибора, а именно ограниченность полосы
пропускания, вызванная необходимостью использования
трансформаторов для развязки отдельных входных и
выходных цепей.
Глава двадцатая
ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДАТЧИКОВ
ХОЛЛА
Упомянутые в гл. 12—19 области применения датчи-
ков Холла не исчерпывают, очевидно, всех известных до
настоящего времени применений.
В этой главе коротко дается описание других воз-
можностей использования датчиков Холла, которые
трудно было причислить к одному из предыдущих раз-
делов. Среди не рассматриваемых здесь применений не-
обходимо вспомнить еще об использовании датчиков
Холла в устройствах для обнаруживания короткозамк-
нутых витков, в масс-спектроокопии [Л. 166], в анализа-
торах заряженных ядерных частиц (Л. 573] и для созда-
ния переключателя [Л. 317], который позволяет переда-
вать несколько сигналов напряжения, переключая их на
общий выход.
288
20-1. РЕЛЕ
Известно, что формула для момента вращения индук-
ционного реле имеет вид:
М = /гФ .Ф,, sin <?,
А о ‘ ’
где Фа и Фв — магнитные потоки, проникающие через
диски реле и смещенные
относительно друг друга на
угол ф.
Для. схемы на рис. 20-1
чиков Холла можно напи-
сать следующую форму-
лу для напряжения
Холла:
Uн = sin1<p,
где Ф1 и Ф2 — потоки, воз-
действующие на соответ-
ствующие датчики Холла
и смещенные друг отно-
сительно друга на угол ср.
Аналогия формул по-
при использовании двух дат-
Рис. 20-1. Схема реле на датчи-
ках Холла.
зволила провести практи-
ческую аналогию, т. е.
устройство по упрощен-
ной схеме на рис. 20-1 может полностью заменить индук-
ционное реле, а датчики Холла имеют достаточную мощ-
ность для приведения в движение, например, поляризо-
ванного реле Р.
Самым простым и целесообразным является создание
реле направления мощности с датчиками Холла.
Такие реле, описанные, в частности, в [Л. 471, 552,
664, 666], характеризуются:
а) чувствительностью, приближающейся к чувстви-
тельности индукционных реле (мощность срабатывания
0,4—1 ва);
б) временем срабатывания, меньшим времени сраба-
тывания индукционных реле (5—20 мсек);
в) потреблением мощности в 10—40 ва;
г) небольшими размерами;
д) большой надежностью действия;
е) простотой конструкции;
ж) возможностью совместной работы с исполнитель-
ным устройством с минимальной мощностью срабатыва-
ния Ю~5 в т.
19—1401
2S9
Реле направления мощности на основе датчиков Хол-
ла предназначаются в основном для защиты линий пе-
редач от коротких замыканий на землю [Л. 471, 552].
20-2. КОМПЕНСАТОРЫ
Дибель [Л. 108] использовал умножитель на основе
датчиков Холла для создания компенсирующей схемы,
показанной на рис. 20-2.
Из этого рисунка видно, что напряжение Холла явля-
ется компенсирующим напряжением UK, которое под-
ключено последовательно с измеряемым напряжением Um
на вход усилителя У. При помощи вспомогательного
Рис. 20-й. Схема компенсатора
на датчиках Холла.
напряжения Ua датчик Холла питается управляющим
током 1Х, который находится в фазе с напряжением Um.
Напряжение UK пропорционально магнитному полю ка-
тушки L, а следовательно, и выходному току усилите-
ля /у.
20-3. КОМПАРАТОР
На рис. 20-3 показана принципиальная схема компа-
ратора на основе датчика Холла для сравнения эффек-
тивного значения переменного тока с постоянным
током
Рис. 20-3. Схема
компаратора на
датчиках Холла.
290
Напряжения Ui и t/2 сравниваются. Когда отклоне-
ние указателя равновесия или гальванометра G будет
равно нулю, тогда Ut = Uz, и получим:
j ___ Диаке
V2 ’
т. е. значение постоянного тока равно эффективному
значению переменного тока.
20-4. ПЕРЕМНОЖИТ ЕЛЬ ВЕКТОРОВ
В работе [Л. 417] сообщается о разработке перемножителя
векторных величин на основе датчика Холла. На рис. 20-4,а изобра-
жена схематически представленная структура такого умножителя.
Датчик Холла специальной конструкции в виде квадрата с че-
тырьмя токовыми электродами 1, 2, 3 и 4 и двумя электродами на-
пряжения 5 и 6 (электрода 6 не видно) помещен в зазоре элек-
Рис. 20-4. Устройство
перемножителя век-
торов.
тромагнита с четырьмя полюсами I, II, III и IV. Управляющие токи,
протекающие через электроды 1, 2 и 3, 4, сдвинуты по фазе относи-
тельно друг друга на 90°, так же как и магнитные поля, создавае-
мые парами полюсных наконечников I, II и III, IV. Этим способом
можно создать вращающиеся векторы управляющего тока А и
магнитного поля В (рис. 20-4,6). Тогда вектор напряжения Холла,
обозначенный С, будет равен:
С=[АВ],
а при умножении скаляров
С—АВ sin 0.
Векторный перемножитель может служить для создания про-
стого преобразователя частоты.
Если вектор А будет вращаться с угловой скоростью <о«, а век-
тор В — со скоростью <оь, тогда С=АВ sin (соь—
20-5. ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ
Болотов и Калюжный (Л. 560] запатентовали делитель частоты
импульсов на основе датчиков Холла.
Делитель (рис. 20-5) состоит из магнитного тороидального
сердечника 1 с прямоугольной петлей гистерезиса, в зазоре которого
19* 291
Рис. 20-5. Схема делителя ча-
стоты.
находится датчик Холла 2. Обмотка 3 обратной связи подсоедине-
на параллельно выходным зажимам 4, 5 датчика Холла и конден-
сатору 6, время зарядки и разрядки которого значительно меньше
периода повторения импульсов на входе делителя.
Исходное положение получается после пропускания через на-
магничивающую обмотку 7 импульса тока, например, положитель-
ной полярности. Тогда сердечник 1 намагничивается в направлении,
обозначенном сплошной стрелкой (рис. 20-5), а на выходе появится
дополнительный импульс напряжения, полярность которого опреде-
ляется направлением остаточ-
ной индукции элемента памя-
ти. Следует зарядка конденса-
тора. В момент исчезновения
импульса тока конденсатор
разряжается через обмотку об-
ратной связи, перемагничивает
сердечник в направлении пунк-
тирной стрелки. При пропуска-
нии следующего положитель-
ного импульса тока весь про-
цесс повторяется, но на выход-
ных зажимах 4, 5 появляется
отрицательный импульс напря-
жения.
В результате на выходе
схемы частота повторения по-
ложительных импульсов напря-
жения в 2 раза меньше часто-
ты повторения положительных импульсов тока на входе. Положи-
тельные импульсы можно выделить при помощи диода 8.
Соединяя схемы последовательно можно получить 2"-кратный
делитель частоты импульсов, где п — число каскадов.
20-6. ВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ МАГНИТОФОННЫЕ ГОЛОВКИ
Если датчик Холла поместить в зазор между двумя ферромаг-
нитными пластинами, через которые будут замыкаться линии маг-
нитного поля, созданного намагничиванием части магнитофонной
ленты, то получим воспроизводящую магнитофонную головку на
основе датчика Холла. В сравнении с индукционными головками
головки на основе датчиков Холла [Л. 72, 286, 358, 565] имеют
следующие достоинства:
а) выходное напряжение не зависит от скорости движения
ленты и пропорционально амплитуде, а не производной амплитуды
магнитного сигнала;
б) выходное напряжение нс зависит от ширины сердечника,
благодаря чему облегчается многодорожечная запись:
в) выходное напряжение зависит от направления поля звуко-
носителя;
г) сигнал на выходе датчика Холла точно повторяет сигнал,
записанный на ленте, и не зависит от его частоты до 100 кгц и
выше;
д) может воспроизводиться постоянная составляющая;
е) предъявляются значительно меньшие требования к экрани-
рованию;
292
ж) ввиду того что датчик Холла является чисто резистивным
элементом, появляется возможность простого согласования с тран-
зисторными схемами;
з) исключается возможность случайного стирания записи или
намагничивания носителя.
Указанные достоинства головок на основе датчиков Холла зна-
чительно расширяют область использования магнитной записи, в осо-
бенности в интервале низких частот, а именно от долей герца до
100 гц при скоростях носителя до 4—5 см!сек, т. е. в тех случаях,
когда нельзя применять индукционные головки, как, например, в схе-
мах автоматики и телемеханики для воспроизведения импульсов
с минимальной частотой и без фазовых искажений, в геологии для
воспроизведения процессов, изменяющихся с очень малой частотой,
в медицине и биологии для исследования процессов, связанных
с работой мозга и сердца.
Главным недостатком головок на основе датчиков Холла
является относительно малая чувствительность, которую можно
увеличить, уменьшая зазор и применяя более тонкие датчики Холла.
С этой же целью используют датчики Холла, выполненные из мате-
риалов с большим коэффициентом Холла, а также носители магнит-
ной записи с большим значением остаточной индукции.
Фирма «Сименс» производит два типа магнитофонных головок:
SBV535 и SBV536 (см. каталог в конце книги).
20-7. ГАЛЬВАНОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ
Богомолов {Л. 548] запатентовал гальванометрический усилитель
на основе датчика Холла. В поле постоянного магнита на общей
подвеске с катушкой помещен датчик Холла. Когда через катушку
гальванометра не течет ток, плоскость датчика Холла параллельна
линиям сил поля магнита и напряжение Холла равно нулю.
С момента появления тока в катушке она отклоняется на угол
а, а на выходе датчика Холла возбуждается напряжение, пропор-
циональное синусу угла а (если угол отклонения мал, можно
утверждать, что напряжение Холла будет с достаточной точностью
пропорционально углу а).
Этот способ позволяет увеличить чувствительность измерений.
20-8. ДАТЧИКИ ХОЛЛА В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Датчики Холла нашли уже применение во многих схемах и
приборах регулирования.
К наиболее интересным следует отнести области применения,
опирающиеся на бесконтактное преобразование сигналов, возни-
кающих от присутствия ферромагнитных элементов, с помощью
индикаторов на основе датчиков Холла фирмы «Сименс» (тип
SBV540), в которых датчик Холла находится в зазоре магнитной
цепи с постоянным магнитом. Появление ферромагнитного элемен-
та, подлежащего наблюдению, вблизи индикатора вызывает изме-
нение индукции в зазоре индикатора, а тем самым изменение вы-
ходного сигнала датчика Холла.
293
Такие индикаторы, всесторонне описанные в [Л. 59, L17, 296],
используются, в частности, для автоматизации транспорта в шах-
тах и для управления процессом производства кузовов автомобилей
{Л. 276], для управления контейнерами пневматической почты в раз-
ветвленных подземных почтовых сетях [Л. 299] и т. д.
Индикаторы SBV540 имеют пленочные датчики Холла из InSb
толщиной 3—5 мкм при немного большей ширине рабочего зазора.
Они использованы также для создания импульсных генераторов
[Л. 276], источником импульсов в которых является маленький фер-
ритовый магнит, размещенный по окружности вращающегося диска;
индикатор находится тут же у поверхности диска на уровне маг-
нита. Благодаря минимальным размерам датчика Холла удалось иа
диске диаметром около 10 см поместить 100 магнитов. Такого вида
генератор импульсов можно применять для цифрового регулирова-
ния процессов движения.
Очень большое значение играют в автоматике магнитофонные
головки, позволяющие статическую расшифровку магнитной записи.
Сельсины на датчиках Холла {Л. НО, 178, 395] также позво-
ляют расширить круг применений датчика Холла в схемах автома-
тического регулирования и телемеханики.
Кроме того, необходимо вспомнить об уже упоминавшихся
схемах регулирования вращающего момента электрических машин,
регулирования частоты {Л. 224], автоматических компенсаторах и
компараторах, в которых датчик Холла служит преобразователем
постоянного тока в переменный или источником компенсирующего
напряжения.
' Шауфлер {Л. 420] использовал датчик Холла для исследования
отклонения между ожидаемым и действительным значениями в ре-
гулирующих схемах.
По-видимому, вышеуказанные области применения датчиков
Холла в схемах автоматического регулирования являются только
первыми показателями их возможности, так что следует ожидать
быстрого и всестороннего развития этих областей.
Глава двадцать первая
ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
Первое упоминание о практическом использовании
явления Гаусса относится к 1887 г., когда Ледюк пред-
ложил использовать это явление для измерения магнит-
ной индукции, а Ленард и Хоувард [Л. 293] в 1888 г.
использовали для этой дели висмутовую проволоку в ви-
де бифилярно навитой спирали Архимеда.
Висмутовая спираль была в течение нескольких де-
сятков лет одним из немногочисленных видов приборов
для измерения магнитного поля и единственным техни-
ческим использованием явления Гаусса. Несколько лет
спустя, в связи с развитием новых измерительных мето-
294
дов, висмутовая спираль стала прибором скорее истори-
ческого значения, хотя еще в 50-х годах ей было посвя-
щено несколько работ (Л. 109, 624, 641].
В последние годы явление магнитосопротивления ста-
ло опять привлекать к себе внимание. Новые, с боль-
шими значениями подвижности носителей тока мате-
риалы, такие как InAs и InSb, позволили значительно
расширить диапазон применения магниторезисторов.
Это объясняется тем, что магниторезистор представляет
собой резистор, активное сопротивление которого легко
управляется сигналом, гальванически не связанным
с этим резистором.
Работы Суня [Л. 460, 461] открывают новые перспек-
тивы применения магниторезисторов. Как известно, при
магнитной индукции до 3—5 кгс зависимость изменения
активного сопротивления магниторезисторов от индук-
ции имеет вид:
ДЯ
Я»
RB R,
Я»
(21-1)
^а^В*,
где — значение активного сопротивления при индук-
ции В, Rn — значение активного сопротивления при ин-
дукции В=0, — коэффициент пропорциональности.
После преобразования получаем:
RB=Ro( 1 + щВ2), (21-1/)
или
RB=Ro+Roa[B\ (21-1")
Так как Ro = const, можно написать, что /?0П1 = а =
— const и получаем:
RB=Ro+aB2. (21-l/z/)
При больших индукциях зависимость становится ли-
нейной, а именно
RB = biB. (21-2)
Квадратичная зависимость (21-1) создает в некото-
рых применениях большие затруднения, особенно в схе-
мах, использующих умножающие свойства магниторези-
сторов. Поэтому используют поле предварительного
смещения, помещая магниторезисторы в постоянное маг-
нитное поле с индукцией 3—5 кгс. Это можно сделать
295
С помощью применения постоянных магнитов, дополни-
тельных сердечников с обмоткой, питаемой постоянным
током, или дополнительных обмоток на общем магнит-
ном сердечнике.
Сунь предложил новую схему умножающего устрой-
ства на основе магниторезистора, которая устраняет не-
линейность магниторезистора три слабых полях и по-
зволяет производить умножение трех величин. Он ис-
пользовал два магниторезистора и Т?2 с одинаковыми
свойствами в схеме моста с сопротивлениями 7?3 и Rt,
значительно большими, чем сопротивление магниторези-
стора. Каждый магниторезистор помещен в зазоре
сердечника с двумя обмотками, навитыми и подсоеди-
ненными, как показано на рис. 21-1. В результате маг-
1г 1з
Рис. 21-1. Прибор на магниторезисторах
(по Суню [Л. 460]).
ниторезистор Ri находится иод действием суммы индук-
ций (Bi + j52), а /?2 —под действием их разности
(Bi—В2). Тогда соответственно
Ri — ^?о + + В2)2',
(21-3)
R2 — Ro + a(Bi—В2).2.
(21-4)
Предполагая, что сердечники далеки от насыщения,
а их магнитные сопротивления пренебрежимо малы от-
носительно магнитных сопротивлений зазоров, можно
считать, что Вх и В2 пропорциональны К и /2. При про-
пускании тока через оба магниторезистора на зажимах
296
U — /з(7?1—R%) —4C1B1B2I3,
(21-5)
или
и = кВЬЬ, (21-6)
где k — коэффициент пропорциональности, включающий
в себя коэффициент 4 а.
Видно, что прибор, показанный на рис. 21-1, позво-
ляет производить перемножение трех величин /ь /2, Л;
U является их произведением.
Рисунок 21-2 показывает,-каким способом получена
линейная характеристика системы магниторезисторов.
21-1. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Свойства висмутовой спирали >с точки зрения изме-
рения магнитной индукции были исследованы, как сооб-
щалось, впервые в 1888 г. Ленардом и Говардом [Л. 293].
Они описали способ изготовления спирали, а также
результаты исследования измерений активного сопротив-
ления в зависимости от индукции в пределах до
17 000 гс. В это время фирма «Хартман и Браун» при-
ступила к работам по созданию технического прибора
с висмутовой спиралью. Эти приборы повсеместно ис-
пользовались в течение нескольких десятков лет.
В 1938 г. Бублитц [Л. 60] изложил явление Гаусса
в висмуте, рассмотрел его термоэлектрические и галь-
ваномагнитные свойства, а также свойства измеритель-
ных приборов с магнитной спиралью. Температурный
коэффициент сопротивления (зависящий, впрочем, от
значения напряженности магнитного поля) дости-
гает 0,4%/град и больше. Поэтому каждая спи-
раль должна была быть проградуирована при несколь-
ких значениях температуры во всем интервале измеряе-
мого поля. Измерительный, диапазон составлял до
297
20 кгс, точность ±2%' (при поддержании соответствую-
щих температурных условий), сопротивление спирали от
нескольких единиц до нескольких десятков ом.
К работам над висмутовыми индикаторами верну-
лись: в 1953 г. Келлер, который уменьшил значение тем-
пературного коэффициента сопротивления висмутового
датчика, охлаждая его до отрицательных температур,
а в 1958—59 гг. Никитин и Юшманова [Л. 641], Люб-
ченко (Л. 624] и Доле, Скиф и Ватсон [Л. 109].
Из этих разработок следует выделить прежде всего
работу [Л. 109]. Авторы создали прибор с висмутовым
резистором диаметром около 0,13'лл, длиной около 6 мм
и активным сопротивлением 32 ом. Резистор помещается
в термостат, в котором поддерживается температура
с точностью ±0,1°С (при изменении окружающей тем-
пературы на 10°С). Имеется возможность уменьшения
колебаний температуры висмута до ±0,02° С. Получение
таких малых изменений температуры, при которой на-
ходится висмутовый резистор, позволило создать изме-
ритель напряженности магнитного поля до 24 кгс с точ-
ностью ±0,5% ±2 гс (для диапазона выше 5 кгс; ниже
этого значения зависимость активного сопротивления
квадратична, что приводит к большей погрешности).
Диаметр индикатора составляет около 8 мм.
Хсу и Кунцлер {Л. 207] использовали явление маг-
нитосопротивления в специальном датчике из медной
проволоки для измерения постоянной индукции от не-
скольких килогаусс до примерно 100 кгс при темпера-
туре жидкрго гелия. Чувствительность такого датчика,
правда, меньше чувствительности висмутовой спирали,
но зато он имеет значительно более простую конструк-
цию и почти линейную зависимость активного сопротив-
ления от индукции. Магнитная чувствительность -у тако-
го датчика порядка 10 мкв!кгс и может быть значитель-
но увеличена при использовании проволоки из специаль-
но обработанной меди.
Новые полупроводниковые материалы, как, напри-
мер, InSb, несмотря на проявление — по причине боль-
шой подвижности носителей тока — очень большого
коэффициента изменения сопротивления (в несколько
раз или даже в несколько сот раз больше, чем у висму-
та), до сих пор не нашли, однако, применения для созда-
ния приборов, измеряющих индукцию магнитного поля.
Причинами этого являются: очень малое сопротивление,
298
нелинейная градуировка, а также относительно большое
влияние температуры ( чем лучше эффект магнитосопро-
тивления, например у InSb, тем, в общем, больше зави-
симость его от температуры), что приводит к необходи-
мости применения компенсационных схем.
21-2. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Катаока [Л. 226] исследовал ваттметр на основе маг-
ниторезистора, схема которого показана на рис. 21-3.
В качестве магниторезистора он использовал датчик
Холла из InAs тип МС-1 фирмы Ohio Semiconductor Inc.
с закороченной холловской цепью. Принцип действия
ваттметра на основе магниторезистора заключается
Рис. 21-3. Принципиальная схема ваттметра на
магниторезисторах.
в том, что средняя величина падения напряжения на
магниторезисторе пропорциональна произведению тока,
протекающего через магниторезистор, и магнитной ин-
дукции, воздействующей на магниторезистор. Так как
при меньших значениях индукции зависимость активно-
го сопротивления от индукции квадратичная, то приме-
няется цепь поляризации Ор. Дроссель Lc и резистор Ro
находятся в цепи поляризации, чтобы не допускать воз-
буждения переменного поля в этой цепи вследствие
влияния тока намагничивания. Ток поляризации
/о=24 ма, причем его значение зависит от характеристи-
ки магниторезистора. Конденсатор Cv, резистор Ru в це-
299
пи намагничивания подобраны с точки зрения равенства
фазы индукции Ви и напряжения на нагрузке Um, а так-
же получения большого импеданса в сравнении с сопро-
тивлением нагрузки Z. Схема моста, в одну из ветвей ко-
торого включен магниторезистор с активным сопротив-
лением Rg, необходима только при измерении мощности
постоянного тока. Тогда должно быть Rt^Re, Rt'^Rz,
а также RgoR^RiRs, а конденсатор Си должен быть
удален.
При отсутствии сдвига фазы сопротивление магнито-
резистора при переменном токе будет выражаться сле-
дующим образом:
Rg = Rg0 + aUm s>n «“t (21-7)
где Rgo — активное сопротивление магниторезистора при
магнитном поле, возбуждаемом цепью поляризации,
Umsinat — напряжение на нагрузке, а — коэффициент
пропорциональности. Тогда падение напряжения на маг-
ниторезисторе составит
н— (Rga-\-aUms\nv>t)a1Ims\n(wt -j-f), (21-8)
где 7msin (со/ + ф)—ток нагрузки, cos — коэффициент
мощности нагрузки, аг—коэффициент пропорциональ-
ности.
Среднее значение напряжения
Uc=a2^^-cos<?,- (21-9)
где a2 = aai — новый коэффициент пропорциональности.
Следовательно, измеряемая активная мощность есть
, среднее значение падения напряжения на магниторези-
сторе. Приведенные характери-
стики ваттметра для постоянного
и переменного токов дают хоро-
шую линейность. Коэффициент
мощности в пределах co.S(p=
= ±0,7 не влияет на линейность
характеристики. В работе [Л. 227]
Катаока, дополняя свои исследо-
вания, утверждает, в частности,
что: 1) нанесение на одной сторо-
т металлических полосок (ширина
полосок 0,2 мм), как это показно на рис. 21-4, дает
(т+ 1)-кратное увеличение чувствительности магниторе-
зистора; (т+ 1)-кратное увеличение получается, однако,
зсо
/77 металлических полосок
чения эффекта магнито-
сопротивления.
не магниторезистора
[Л. 64, 493, 498] только для небольших значений т
(порядка единиц); для больших значений т этот
коэффициент меньше; 2) чувствительность ваттметра на
основе магниторезистора равна чувствительности ватт-
метра на основе датчика Холла, когда цепь напряжения
магниторезистора разомкнута, и примерно на 70% боль-
ше, когда цепь напряжения закорочена. Самая большая
чувствительность получается, однако, для диска Корби-
но (см. § 5-7).
Катаока подчеркнул преимущества ваттметра на ос-
нове магниторезистора над ваттметром на основе дат-
чиков Холла, указывая, что первый:
1) имеет более простую конструкцию (только два
электрода;) •
2) не требует компенсации остаточного напряжения
(это преимущество, к сожалению, компенсируется не-
удобствами, связанными с необходимостью применения
цепи поляризации с дополнительным источником пита-
ния) ;
3) не обнаруживает явления выпрямления, так как
контакты имеют большую площадь;
4) имеет большую выходную мощность.
Для измерения мощности многофазных схем можно
с успехом использовать схему умножающего прибора,
Рис. 21-5. Схема трехфазного ваттметра (по Суню [Л. 460]).
301
предложенную Сунем [Л. 460 и 461]. Если поле
(рис. 21-1) будет создаваться при помощи постоянного
магнита, прикрепленного к магнитному сердечнику, то
получим B^const, тогда формула (21-6) примет вид:

(21-10)
где «1=^/1=const.
Если ток /2 будет пропорционален мгновенному зна-
чению тока фазы (или напряжения), а ток /3 — мгновен-
ному напряжению (или току), то получим известную
формулу для каждой из
Рис. 21-6. Принцип магниторези-
стивного ваттметра СВЧ [Л. 228].
одинаковых фазовых со-
ставляющих (21-9).
На рис. 21-5 дана
принципиальная схема
трехфазного ваттметра
системы Су ня. Этот ватт-
метр можно использовать
для измерения активной,
реактивной и полной мощ-
ностей.
Катаока [Л. 228] раз-
работал также ваттметр
микроволновой мощности
на основе магниторези-
стора. На рис. 21-6 дан принцип действия ваттметра.
Магниторезистор G помещен в середину прямоугольного
волновода F. На магниторезистор действуют электриче-
ская составляющая Е электромагнитного поля (она со-
здает в магниторезисторе ток /), магнитная составляю-
щая И, а также магнитное поле В постоянного магни-
та М, создающее предварительную поляризацию.
Тогда среднее значение напряжения на магниторези-
сторе выражается формулой
I7cp=-^-Re[IB]aRe[EH], (21-11)
где Rh — коэффициент Холла, с — толщина магниторе-
зистора.
Исследования проведены для ваттметров двух типов —
резонаторного и проходного —при частоте 9 360 Мгц,
с использованием магниторезисторов из InAs
(р = 0,0035 ом-см, ц = 2,2*104 см21в-сек, Rh=80 см3/к,
размеры ~2Х 1X0,07 мм). Магниторезисторы имели
302
прикрепленные узкие полоски из алюминия с целью
усиления явления магнитосопротивления [Л. 227]. Полу-
чены линейные характеристики, причем для проходного
ваттметра в интервале до 1 вт измеряемой мощности
чувствительность составляет 3 мкв]вт (индукция поля-
ризующего поля 5=3 500 гс), а для резонаторного в ин-
тервале до 20 мет — 0,1 мкв/мвт (5 = 5 000 гс).
21-3. УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК
Известно, что в слабых магнитных полях для магниторезисторов
справедливо равенство
&R
^ = аВ\ (21-12)
Если принять B = Bm sin cot, то в течение одного периода полное
сопротивление магниторезистора изменится 2 раза и
, 1
hR=RtaB2m — (1— cos2wf). (21-13)
Пропуская через магниторезистор постоянный ток, получим на
магниторезисторе напряжение, которое будет изменяться вместе
с изменением активного сопротивления, т. е.
U = fRa + /ДД; (21-14)
/Д/? = -|-/?вВ^(1 — cos2®0, (21-15)
а значит, изменения напряжения будут иметь частоту в 2 раза
большую частоты магнитного поля.
Ценным свойством такого удвоения является отсутствие па-
разитных переменных составляющих, за исключением напряжения
с частотой и, индуцируемого в петле, образованной выводами маг-
ниторезистора.
Если магниторезистор питается переменным током, то такая
схема может работать как смеситель, модулятор или анализатор
гармоник.
21-4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ
Вышеуказанные свойства удвоителя частоты можно использо-
вать для преобразования постоянного тока в переменный.
Для магниторезистора, изготовленного из InSb с подвижностью
60 000 см^в-сек в поле с индукцией В = 10 кгс, теоретическое
отношение амплитуды переменного напряжения к амплитуде посто-
янного получается равным 86%.
зоз
21-5. УСИЛИТЕЛЬ И ГЕНЕРАТОР
Вопросы построения усилителей па основе магниторезисторов
всесторонне разработаны в работе [Л. 469], где при температуре
90° К получено усиление приблизительно 14 дб, а при 20° К —
около 20 дб. Эти значения можно повысить максимум до 40 и
60 дб соответственно.
Теоретический анализ работы генераторов на основе магнито-
резисторов сделал Богомолов (Л. 544], подтвердив, в частности, что
к. п. д. генераторов может достигать 37,5% и сравним с к. п. д.
обычных ламповых генераторов малой и средней мощности.
Генераторы па основе магниторезисторов невелики по размерам
и просты по конструкции, отличаются большой надежностью и
прочностью.
Однако, нёсмотря па положительные качества, как усилители,
так и генераторы на основе магниторезисторов имеют до сих пор
скорее теоретическое значение.
21-6. СЧЕТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В § 2Г1 описана схема (рис. 21-1) перемножающего прибора,
выходное напряжение которого пропорционально произведению трех
токов по формуле (21-6). Возьмем два таких умножающих прибо-
ра Л и В и соединим их, как показано на рис. 21-7 (Л. 460].
Выходное напряжение элементов Л и В будет равно:
U л =кл! ilzls'.
(21-16)
(21-17)
Выходы обоих элементов подсоединены к дифференциальному
усилителю С и уравнены. Усилитель С будет в результате уравни-
вания иметь определенный выходной ток /6, который подводится
к элементу В. Этот ток будет постоянный, если UA равно Uв-
Тогда
7 ° ~~ kB /Js
(21-18)
С помощью рассмотренной схемы можно выполнять несколько
десятков различных математических операций (табл. 21-1), охваты-
вающих умножение трех величин, возведение в квадрат я в третью
Рис. 21-7. Счетное устройство
на магниторезисторах (по
Суню [Л. 460]).
304
степень, деление произведений
двух величин, извлечение кор-
ня второй и третьей степеней.
Катаока и Ямада [Л. 230]
использовали один датчик Хол-
ла одновременно как датчик
Холла и как магниторезистор
для разработки простой анало-
говой схемы (рис. 21-8) реше-
ния алгебраических уравнений
третьей степени, т. е. (/ =
= ах3 + Ь х1 + сх + d.
Известно, что сопротивле-
ние магниторезистора (в интер-
вале полей до 3—5 кгс) про-
Таблица 21-1
Математические операции, выполняемые с помощью перемножающего прибора на основе магниторезистора
/6 = ^х=(^л/йв)(/1/2/3),'(/4/5)
Постоянные величины 1 <*5 1 1 см *
О1
1 Условие 7 7 еа 7 7 II см 7 7 т? ^4 — Л » I 3 СО 7 W 7 7 СМ 7l /5 = /6;/1 = /3
X CM TJH см »-< О1 01 см yzl СМ ТГ <М см к тл 1 1 VKU, | кЛ Zlzl Л
3 X я я я О) ю
и к я я к о 1' J5 ^зЛ^5 ю т* """У см Г"< «#
| Пос
Условие 1 1 1 03 7 7 7 см 7^ 1 | 1 СМ 7
/t/2 г7г/г7 О) — см — со- ю см СМ
305
Продолжение табл. 21-1
Постоянные величины 0» см о? 1 о? .1 о? СМ /2/3 о? 1 О»
II 0» II см
<0 <0 <0 ГЧ ^ч II
о S и о ч II Х0 II Х0 II X? [1 СО 7 7 <0 7 <0 7
II II II II X? X? tn
* * X? II II II
*
н "X "X о? СМ Ъ- I-- "X см см — 1 "* 15 V IJJz/K *
гояниые величины * * 0» см ^ч о? СМ 0» 1 О» 1 1 О» см W
о о С
0» О»
Условие II II 0» 7[_ 1 | 1 1 см 7^ 7 см 7 7
ГН
X?
^7 1А СМ О) — """тИ * •-^СМ гч — « tn см о7Т- СМ’*
30(j
Cl
Рис. 21-8. Устройство для реше-
ния уравнений типа 1/=ах3+6х2+
+ cx+d.
Рис. 21-9. Ход функции у=
=axi+bx2 для разных значе-
ний Rh-
порционально квадрату напряженности поля. Пропуская управляю-
щий ток магниторезистора 1Х через катушку, создающую поле Н,
получим зависимость напряжения на магниторезисторе Ue I* .
Величины и знаки коэффициентов устанавливаются при помощи ре-
зисторов, переключателей и источников напряжения.
На рис. 21-9 {Л. 229] приведен ход функции у=ах3-\-Ьх2 для
разных значений сопротивления Rh, определяющего величину и знак
коэффициентов а и Ь. Точность схемы выше 1%.
КАТАЛОГ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА, МАГНИТОРЕЗИСТОРОВ
И УСТРОЙСТВ С ДАТЧИКАМИ ХОЛЛА
Данный каталог охватывает гальваномагнитные
приборы важнейших заграничных фирм, а также поль-
ских лабораторных и мелкосерийных разработок. Для
обозначения изготовителей приняты следующие сокра-
щения: IPPT — Опытное производство Института ос-
новных проблем техники Польской Академии наук;
Beck — Beckman Instruments Inc., США; Bell — F. W. Bell
Inc., США; Ohio — Ohio Semiconductors Inc., США;
Siem — Siemens and Halske Aktiengesellschaft, ФРГ.
Каталог магниторезисторов
Тип Изготови- тель Материал Ro, ом 1 R/Ro при 1 B=10 кгс а, %/град a w « E ад о M Я 2 О.
GT1 IPPT InSb 0,1 10 -0,6 I 1
MS41 Ohio InSb 1 10 —0,5 —- 0,25
М15, MIO Siem InSb—NiSb 10 6—8 —0,164—0,55 — —
MI7, I 100 Siem InSb—NiSb 100 7—9 —0,124—0,50 —
M28, 0500 Siem InSb—NiSb 500 13—18 —1,8-5—2,9 — —
20* 307
Каталог кристаллических датчиков Холла
Тип Изготови- тель Мате- риал OM OM I xn’ ма To. в!а*кгс UyHn при В— =10 кгс MB D ЛИН’ ом F, %
ВН200 Bell InAs 1,5 1 ,0 150 0,1 150 5 1
ВН201 Bell InAs 2,3 1 ,8 100 0,12 120 7 1,5
ВН203 Bell InAs 1,9 1,3 100 0,1 100 5 1
ВН206 Bell InAs 5,0 3,5 200 0,3 550 — — 1
ВН207 Bell InAs 2,0 1,5 150 0,11 160 7 1,5
СН1 IPPT Ge 90 60 50 1,0 500
СНЗ IPPT Ge 200 140 30 2,6 780 — — 1
СН4 IPPT Ge 200 140 20 2,0 400 — 1
ЕА218 Siem InAs 3,0 1,5 100 0,1 100 15 1
FA22e Siem InAs 1 ,9 1,1 150 0,063 95 4 1 1
FA24 Siem InAs 1 ,4 1,1 400 0,075 300 6 1 1
FC32 Siem InAsP 6,5 2,4 100 0,13 130 5,5 °’2 1
FC33 Siem InAsP 5,0 3,5 100 0,145 145 25 0,2 i
FC34 Siem InAsP 6,0 3,5 200 0,145 290 50 0,2 4
НА1 IPPT InAs 2,5 2,0 200 0,08 160
HR31 Ohio InAs 1,0 0,6 300 0,07 210 —
HS51 Ohio InSb 1,0 0,6 300 0,2 450
JC24 Siem InAs 1 ,3 0,9 450 0,08 360 1 ’
RHY10 Siem InAs 100 0,07 70
RHY11 Siem InAs 150 0,07 105
SA 23 Siem InAs 1,9 2,0 250 0,08 200 9 1 1
SBV525 Siem InAs 1,9 1,8 100 0,097 97 4 1 J
S13V552 Siem InAs 1,5 1,1 100 0,04 40
ТС21 Siem InAs 1 ,2 1,2 150 0,056 84 3,5 1,5 1
TC21d Siem InAs 2,3 2,0 100 0,1
308
ЛИН’ %/To r0'. в,'a S, CM2 %/грай % /град T макс °C с, MM Назначение
75 7- 10-4 0,003 0,15 —0,08 100 0,5 Общее
75 75 2-10-3 io-3 0,01 0,003 0,15 0,15 —0,08 —0,08 85 100 0,15 Для очень узких за- зоров Измерения в соле- ноидах
— 2,5 • 10-3 0,006 0,15 —0,15 100 0,75 Большая чувстви- тельность
75 2-10-3 0,002 0,15 —0,08 100 1,1 Тангенциальные измерения
— 0,1 0,05 0,5 —0,03 60 1,5 Общее
— 0,2 0,05 0,5 —0,03 60 1,5 я
— 0,2 0,01 0,6 —0,2 60 0,8
90 5-10-3 0,05 0,2 —0,1 100 0,5 Для встраивания
65 2-10-3 0,05 0,18 —0,08 100 0,8 Измерения магнит- ного поля
75 2,5-10-3 0,04 0,16 —0,07 100 1,0 Измерения магнит- ного поля
65 1,5-10-3 0,05 0,18 —0,06 100 1,5 Точные измерения
85 io-3 0,05 0,19 —0,04 100 1,5 То же
90 io-3 5-10-3 5-10-3 5-10-3 0,05 0,05 0,19 0,2 Illi О О О О ~ о 100 100 125 100 1,5 1,1 0,75 0,75 » » Общее
80 3-10-3 0,5 0,16 —0,07 100 1,6 Зонд с сердечником Измерения в соле- ноидах То же
75 5-10-2 0,1 0,1 -0,1 ICO 1,2 Измерения магнит- ного поля
70 2,5-10-3 io-3 0,05 0,05 0,2 0,2 -0,1 —0,08 100 100 0,3 Для очень узких зазоров Измерение в соле- ноидах
65 2-10-3 io-3 0,08 0,05 0,16 0,18 —0,08 —0,08 100 100 2,0 2,5 Тангенциальные из- мерения Тангенциальные из- мерения, система из двух датчиков Холла 309
Каталогьпленочных датчиков ХолЛа
Тип Изго- ТОВИ- тель Мате- риал OM Ry. OM \n’ ма To. . в/а-кгс UyHn п₽и B=10 кгс, мв г»', 1 в/а |
HN13 IPPT HgTe 200 140 40 0,8 320 0,1
HN14 IPPT HgTe 200 140 25 0,8 200 0,1
SVH0I Siem InSb 1 000 1 000 7,5 20 1 200 1,3 1
SV110II Siem InSb 500 500 15 10 1 000 0,7
SV110III Siem InSb 200 200 30 5 800 0,3
SV120I Siem InSb 230 230 20 10 2 000 0,5
SV120II Siem InSb 140 140 30 5 1 500 о,з
SV120III Siem InSb 70 70 40 2,5 1 000 0,25
SV130I Siem InSb 200 '200 40 10 3 000 0,25
SV130II Siem InSb 120 120 50 5 2 000 0,2
SV130III Siem InSb 60 60 80 1,5 1 500 0,12
SV220 Siem InAs 30 20 100 0,6 600 0,1
SV230 Siem InAs 30 30 100 0,65 650 0,1
SV240 Siem InAs 40 20 100 1,1 1 000 0,1
80В100 Beck 100 50 3,5 2 70 0,1
80В200 Beck 200 100 5,0 2 100 0,1 1
80В300 Beck 300 150 6,1 2 122 0,1 1
80В400 Beck 400 200 7,1 2 142 0,1 5
80В500 Beck 500 250 7,9 2 158 0,1 s
80В600 Beck 600 300 8,6 2 172 0,1
* Приведенные значения относятся к датчикам Холла, имеющим хороший отвод
Каталог перемножителей на датчиках Холла
Тип Изго- тови- тель Мате- риал Магнитный материал /?х, ом «У ОМ Rtf, ом LM- мгн 'х’ ма 1м- ' ма
НМ3010 Bell InAs Мю-металл 2,6 9,5 0,20 2,40 250 I 500
0,05 0,60 3 000
НМЗОЗО Bell InAs Мю-металл 2,6 9,5 20 240 250 150
5 60 300
НМ3050 Bell InAs Мю-металл 2,6 9,5 2 000 24 000 250 15
600 6 000 30
МВ23 Siem InAs Мю-металл 1,о 1,0 — — 800 (20 ав)
МВ26 Siem InAs Мю-металл 2,0 1,5 0,003 —7 230 0,9 400 (70 ав)
MCI Ohio InAs Мю-металл 1,0 0,6 I 820 60 000 600 155
455 15 000 30
МСЗ Ohio InAs 'Мю-металл 1,0 0,6 12 600 400 0 00 ООО 5
310
S, см2 %/г'раб ’ ₽, %/град т макс’ °C / *. л макс ’ ма ^*у#маке’ в с, мм Примечание
0,16 —0,05 —0,2 80 — — 0,15 Эластич- ный
0,06 —0,05 —0,2 80 — — 0,15 То же
— — —1 100 15 — 0,65 —
— — — 1 100 30 0,65 —
— — — 1 100 60 0,65 —
— — — 1 100 50 3,0 0,65 —
— — — Г 100 80 2,0 0,65 —
— — — 1 100 100 1,5 0,65 —
— — — 1 100 120(200) 5(8) 0,5 —
— —— —1 100 150(250) 3(5) 0,5 —
— — — 1 100 150(400) 2,4(3,5) 0,5 —
— 0,1 —0,04^- —0,08 100 150 0,65 —
— 0,1 —0,04-^ —0,08 100 200 1,8 0,5 —
— 0,1 —0,04 100 120 0,5 —
8-Ю"4 —1 —1 100 — — 0,75 —
8-Ю-4 —1 — 1 100 .— — 0,75 —
8.10-4 —1 — 1 100 — — 0,75 —
8-Ю-4 —1 — 1 100 — 0,75 ——
8-Ю-4 —1 — 1 100 — — 0,75 —
8-Ю-4 —1 — 1 100 — — 0,75 —
тепла, иапрнмер, благодаря контакту с большой массой
металла.
иУН. М8 ^лин’ ом F, о/ /о 'о'. в/а S, см2 а, %1град ₽. . %/грай т М&КС’ °C Примечание
150 50 1 IO’3 0,1 0,05 0,15 0,025 85 Обмотки соединены после- довательно Обмотки соединены [парал- лельно
150 50 1 10-з 1 0,5 0,15 0,025 85 Обмотки соединены после- довательно Обмотки соединены парал- лельно
150 50 1 10-а 10 5 0,15 0,025 85 Обмотки соединены после- довательно Обмотки соединены "парал- лельно
80 200 20 18 1.5 0,3 Ю-з 10-з 0,05 0,2 0,2 -0,1 -0,1 100 100 Датчик Холла предназначен для встраивания в сердечник из мю-металла
540 — — — — — — Обмотки соединены после- довательно Обмотки соединены парал- лельно
540 — — — — — — — Обмотки соединены после- дорательио
311
Тит Изго- тови- тель Мате- риал Магнитный материал /?х. ом «в- ом Rm- ОМ LM- мгн /х, ма 'м- ма
МС5 Ohio InAs Мю-метал 1.0 0,6 3 100 2 100 000 60 600 10 500
МН2 IPPT Ge P78M 200 140 0,5 1 400 15 5 000 20 1 000 20
RMY10 RMY11 Siem Siem InAs InAs Феррит 2,0 60 1 30 6 200— 0,015 3 5-Ю’4* 5-Ю"4* 500 (70 ав) 35
SBY514 Siem (пле- ночный) InAs Феррит 1,6 1.6 320 или 3-10-4* 400 (1 кгц) (20 ав)
1 800
* Относится к величине Lfw2.
Каталог датчиков Холла с неуправляемым магнитопроводом
Тип Изготови- тель Материал Магнитная система /?ж, ОМ
RHY12I Siem InSb Симметричная 100, 200, 300
(пленочный)
RHY12II Siem InSb 300, 500, 700
(пленочный)
RHY12III Siem InSb Я 700, 1 000, 1 300
(пленочный)
RHY13I Siem InSb • 100, 200, 300
(пленочный)
RHY13II Siem InSb я 300, 500, 700
(пленочный)
RHY13III Siem InSb я 700, 1 000, 1 300
(пленочный)
SBV539 Siem — Несимметричная 50
SBV540 Siem — Симметричная 50
SBV541 Siem — Несимметричная 50
Каталог магнитофонных головок
Тип Изготовитель Rx, ом Ry, ом %бм’ ом Z. мгн обм’
SBV535 Siem 50 25 50
SBV536 Siem 50 25
/?обм’ —^противление и индуктивность записывающей обмотки; 1
/о5м~ток вписывающей обмотки, необходимый для получения намагничен^
’На частоте 50 гц, скорости 19,05 см[с’к и амплитуде магнитного потока.3
2 На частоте 1 кгц, скорости 38,1 см!сек и амплитуде магнитного потока!
312
Т1 родолжениб
UVH- Мв ^Л1 н’ ом F, о/ /о Га'. в,а S, см2 °/о)г'рад ₽. %'грай т мак?’ °C 1[римечание
540 Обмотки лельно Обмет и соединены соединены парал- после-
МО 200 5 1,5 1 0,1 10‘3 5 0,01 0,05 1 МКЬ 0,6 -0,2 60 довательно Обмотки соединены парал- лельно Микров^льтовый модулятор
so — IO’3 (1 кгц) 0,2 -0,1 — —
«в- ом / ма UyH ПРИ 20 мкс, мв M3 %1г'рад ₽. %/грай Назначение
100, 300 20, 15, 12 80 20 —2 — 2 Для встраивания в управляемый магнитопровод
300, 700 12, 9, 8 80 20 --2 --2 То же
700, 1 300 8, 6,5, 5 80 20 —2 —2 » »
100, 300 30, 22, 18 80 20 —2 —2 » »
300, 700 18, 14, 12 80 20 —2 —2 —
700, 1 300 12, 10, 8 80 20 —2 — 2 Для бесконтактно- го считывания программы
30 50 150 10 —2 —2 } Для встраивания
25 50 120 10 —2 —2 | в управляемый
25 50 150 10 —2 —2 1 магнитопровод
/ лш I ма обм’ Uytf, Мкв г/ио, мв ₽. %/град Направление намагничивания
50 20 401 10 —2 Поперечное
50 300= 10 —2 Продольное
ности б ммкс'мм.
6 ммкс/мм.
50 ммкс'мм.
313
ЛИТЕРАТУРА 1
1. Adashko J. G., Measuring Microwave Power with the Hall
Effect, Electron. Design, 11, 1968, —, 118.
2. A h a г о n i A., Frei E. H., Horowitz G., New Active "Cir-
cuit Element Using the Magnetoresistive Effect, J. Appl. Phys., 26,
1955, 12, 1411.
3. A i g r a i п P., Sur un perfectionnement a la mesure des
champs magnetiques par effet Hall. Ann. Radioelectr., 9, 1954, 35, 44.
4. A n t e 11 G. R., Chlorine and Iodine as Impurities in InAs and ,
GaP. J. Appl. Phys., 31, I960, 9, 1686.
5. Appel J., Die transversalen galvanomagnetischen Effekte in
Halbleitern, Zeitschr. Naturf., 9a, 1954, 2, 167.
6. A r 11 G., Halleffekt — Vierpole mit hohem Wirkungsgrad, So-
lid-State Electronics, il, 1960, 1, 75.
7. A s s m u s F., Boll R., Messungen an weichmagnetischen
Werkstoffen mit dem Hallgenerator, ETZ-A, 77, 1956, 8, 234.
8. В a a d e r A., Siemens Halbleiter—Bauelemente, Siemens Zs.,
34, 1960, 4, 255.
9. В ar abut es T., Better Watt Transducer Design Uses Indium
Arsenide Semiconductors, Materials in Design Engng, 51, I960, 5, 146.
10. Barlow H. E. M., An Amplifier Based on the Hall Effect.
Nature, London, 475, 1955, 4466, 1004.
11. Barlow H. E. M., The Application of Hall Effect in a
Semiconductor to the Measurement of Power in an Electromagnetic
Field, Proc. IEE, 102 B, 1955, 3, 179, 199.
12. Barlow H. E. M., The Design of Semiconductors Wattmeters
for Power Frequency and Audio — Frequency Applications, Proc.
IEE, 102 B, 1955, 3, 186, 199.
13. В a r 1 о w H. E. M., (Hall Effect and its Counterpart, Radiation
Pressure in Microwave Power Measurement, Proc. IEE, 104 B, 1957,
5 35
14. В a r 1 о w H. E. M., The Hall Effect and its Applications to
Microwave Power Measurement, Proc. IRE, 46, 1958, 7, 1411.
15. Barlow H. E. M., Power Measurement at 4 GHz by the
Application of the Hall Effect in a Semiconductor, Proc. IEEE 406 B,
1959, 25, 27.
16. Barlow H. E. M., Microwave Hall Effects and the Accom-
panying Rotation of the Plane of Polarization Proc. IEE, I108C 1961,
14, 349.
17. Barlow H. E. M., A Proposed New Method of Measuring
Microwave Power and Impedance Using Hall Effect in a Semiconduc-
tor, Proc. IEE, 109B, 1962, 45, 286.
1 В этом списке литературы числа в конце каждой позиции означают
последовательно: том, год издания, номер выпуска, страницу (напр., в [Л. 3[:
том 9, 1954 г., № 35, стр. 44).
314
18. В a г 1 о w Н. Е. М., Microwave Power Measurements, Trans.
IRE, I—11, 1962, —, 257.
19. В a r 1 о w H. E. M., High-Frequency Radiation Pressure and
Hall Effect in a Semiconductors, Proc. IEE, 110, 1963, 1, 79.
20. Barlow H. E. M., Hall-Effect Reinforcement of High-Frequ-
ency Fields in Semiconductors and Some Applications, Proc. IEE,
Mil, 1964, 2,.231.
21. Barlow H. E. M., Beal J. C., An Experimental Impedance
Relay Using the Hall Effect in a Semiconductor, Proc. IEE, 107A,
1960, 31, 48.
22. В a r 1 о w H. E. M, Brown J., К r i s h п а К. V. G., A New
Microwave Mixer, Nature, London, 181, 1958, 5 Apr., 1008.
23. В a r 1 о w H. E. M., Kat a oka S., The Hall Effect and Its
Application to Power Measurement at 10 GHz, Proc. IEE, 105B, 1958,
19, 53.
24. Barlow H. E. M„ Krishna К. V. G., A Hall-Effect Mic-
rowave Mixer, Proc. IEE, 109B, 1962, 44, 131,
25. Barlow H. E. M., Stephenson L. M., The Hall Effect
and Its Application to Power Measurement at Microwave Frequencies,
Proc. IEE, 103B, 1956, 7, 110.
26. В a г п e у H. L., В u r n s F. P., Hall Effect Memory Device,
Патент США, № 2964738, 13.42.1960.
27. Barta G. T., Hall Probes Improve Magnet Testing, Electro-
nics, 35, 11962, 46, 66.
28. В a t e G., T а у 1 о г К- N. R„ Production and Properties of
Thin Layers of Indium Antimonide, J. Appl, Phys., „31, 1960, 6, 991.
29. Bate R. T., Beer A. C., Galvanomagnetic Effects in Semi-
conductors Containing Impurity Gradients, Proc. Int. Conf. Semicond.
Phys., I960, —, 177.
30. Bate R. T., Beer A. C., Influence of Conductivity Gradi-
ents on Galvanomagnetic Effects in Semiconductors, J. Appl. Phys.,
32, 1961, 5, 800.
31. Bate A. T., Bell J. C., Beer A. C., Influence of Mag-
netoconductivity Discontinuities on Galvanomagnetic Effects in Indium
Antimonide, J. Appl. Phys., 32, 1961, 5, 806.
32. В q к A., Bernas S., Budziszewski M., Analizator
sieci cieplnych, Instytut Elektrotechniki, Warszawa-Miedzylesie, 1964.
33. Bechtel R., Grannemann W. W., Harper B. J.,
D. C. to A. C. Conversion Using Magnetoresistance, Solid-State Elec-
tronics, 7, 1964, 5, 357.
34. В e e r A. C., Galvanomagnetic Effects in III — V Compound
Semiconductors, J. Appl. Phys,, 32, 1961, 10 Suppl., 2107.
35. Beer A. C., Semiconducting Compounds — a Challenge in
Applied and Basic Research, J. Electrochem, Soc., 405, 1958, 12, 743.
. 36. В e 11 u s E., Meranie priebehu koncentracie aktivnych primesi
v difuznych vrstvach Ge a Si., Slabo-proudy Obzor, 25, 1964, 7, 394.
37. Besler R., A Technique of Soldering to thin Metal Films,
Rev. Sci. Instr,, 25, 1954, 25, 180.
38. Bernstein L., Alloying to III—V Compound Surfaces,
J. Electrochem. Soc., 409, 1962, 3, 270.
39. В i 11 i n g s A. R„ Lloyd D. J., The Sources of Error in
Hall-Effect Multipliers with Particular Reference to their Use as Mo-
dulators, Proc. IEE, 106B, 1960, Febr. Suppl., 706.
315
40. Billings A. R., Lloyd D. J., A Correlator Employing
Hall Multipliers Applied to the Analysis of Controls, Proc. IEE, 107B,
1960, 35, 435.
41. Black J., Ku S. M., Minden H. T., Some Semiconduc-
ting Properties of HgTe, J. Electrochem. Soc., 105, 1958, 723.
42. В о n n e f i 11 e R., Principe et projets de realisation d’un mo-
teur induction monaphase a effet Hall., Bull. SFE, 3, 1962, 35, 573.
43. В о n n e f i 11 e R., Contribution a I’etude theorique et experi-
mentale de I’effet Hall on champ electrique tournant, RGE, 72, 1963,
9, 445.
44. Borkmann D., Der Halleffekt und seine Anwendung in
der Technik, Radio u. Fernsehen, ill], 1962, 22, 696.
45. Borkmann D., Hochstrommessung mit Hallgeneratoren,
Elektrie, 18, 1964, 2, 46.
46. В о 11 e n b e r g H., Wirkleistungsmessung bei Hochfrequenz,
ATM, —, 1963, 328, 105; V 3415—2.
47. Bowers R., В a u e r 1 e J. E., С о r n i s h A. J., InAsi-iPi
as a Thermoelectric Material, J. Appl. Phys., 30, 1959, 7, 1050.
48. В 6 r s c h 1 e i n H., Prazisionsmessung hoher Gleichstrome,
Siemens Zs., 32, 4958, 5, 323.
49. В r a d у L. J., M e 1 e h у В. A., Function Generators .Using
Hall Effect, Electr. Mfg., —, 1960, 8 , 62.
50. В r a u n e r s r e u t h e r E., Kuhrt F., Messumformer fur die
elektronische Regelung des Effektivwertes einer Wechselspannung, Re-
gelungstechnik, 3, 1955, 4, 90.
51. Braunersreuther E., Kuhrt F., Lippmann H. J.,
Hall-konstante Elektronenbeweglichkeit von InSb, InAs und
In(Aso.gPo.a) bei hohen Magnetfeldern, Zs. Naturforsch., 15a, 1960,
9, 795.
52. Breckenridge G. R., Semiconducting Intermetallic Com-
pounds, Phys. Rev., 90, 1953, 3, 488.
53. Breckenridge R. G., Blunt R. F., Hosier W. R.,
Frederikse H. P. R., Becker J. H., Oshinsky W., Electrical
and Optical Properties of Intermetalic Compound, I = InSb, Phys. Rev.,
96, 1954, 3, 571. '
54. В r e i t f e 1 d H., Messung von magnetischen Luftspaltfeldern
in elektrischen Maschinen mit Hallsonde und Koordinatenschreiber,
ATM, —, 331, 173; V 8251—6.
55. Broom R. F., Rose-Innes A. C., A Pulse Method for
Measurement of Hall Coefficient at Low Temperatures. Some Results
on Indium Antimonide, Proc. Phys. Soc., 69, 1956, part 12—B, 449,
1269.
56. Brophy J. J., Rostoker N., Hall Effect Noise, Phys.
Rev., 100, 1955, 2, 754.
57. В г о u d у R. M., Galvanomagnetic Coefficients for Arbitrary
Geometry, J. Appl. Phys., 29, 1958, 5, 853.
58. Brunner J., The Hall Effect in an Inhomogenous Magnetic
Field, Solid—State Electronics, 1, 1960, 172.
59. В r u n n e r J., Ferrit-Hallgeneratoren und kleine Permanent-
magnete als kontaktlose Geber fiir die Steuerung Regelung von Be-
wegungsvorgiingen, Siemens Zs., 36, 1962, 7, 521.
60. Bublitz G., Messung magnetischer Gleichfelder mit Wis-
mutspiralen und Wismutplatten, ATM,—, 1938, Mai, T61; V 391—2.
61. Budd H. F., Galvanomagnetic Phenomena in High Electric.
Fields, Phys. Rev., 131, 1963, 4, 1520.
316
62. В u 1 m a n W. E., Hall-Effect Generators, Electromechanical
Design, 1959, March.
63. В u г с к h a r d t <^. B., S t r u 11 M. J. O., Uber der Rauschen
von stromlosen Widerstanden und Hallelementen, Arch. Elektr. Ubertr.,
16 1962 12 597.
64. В u г с к h a r d t С. B., Strutt M. J. O., Sensitivity of a
Magnetoresistance Wattmeter, Proc. IEEE, 51, ,1963, 2, 359.
65. В u г с к h a r d t С. B., Strutt M. J. O., Noise in Non-
Reciprocal Two Parts Based on Hall-Effect, Trans. IEEE, ED—Tl,
1964, 2, 47.
66. В u г с к h a r d t C. B„ S t r u 11 M. J. 0., W i 11 i s e n F. K-,
Magnetoresistance of the Corbino Disk at Microwave Frequencies,
Proc. IEEE, 52, 1964, 3 277 a. Solid-State Electronics, 7, 1964,
"5, 343.
67. В u s c h G., J a g g i R., В r a u n s c h w e i g P., Ballistische
Methoden zur Messung des Hall—Effektes mit induzierten Stromen,
Helv. Phys. Acta 26, 1953, 3/4, 392.
68. В u s c h G., Jaggi R., Kern R., Eigen-Halleffekt von
InSb. Helv. Phys. Acta, 23, 1955, 452.
69. Busch G., Kern R., Die magnetischen Eigenschaften der
Ain—By Verbindungen, Helv. Phys. Acta, 32, 1959, 1, 24.
70. В u s c h G., Winkler V., Bestimmung der charakteris-
tischen Grossen eines Halbleiters, Ergebn. d. exakten Naturwissensch.,
29, 1956, —, 145.
71. Bit trey J. W., Small Magnetic Field Mapping Probes of
Thin Semiconducting Films, Rev. Sci. Instr., 30, 1959, 9, 815.
72. C a m r a s M., Some Experiments With Magnetic Playback
Using Hall—Effect Sensitive Elements, Trans. IRE, AU—10, 1962,
—, 84.
73.. С a r 1 s о n R. O., Electrical Properties of Mercury Telluride,
Phys. Rev., Ill, 1958, 2, 476.
74. C a s i m i r H. B. G., On Onsager’s Principle of Microscopic
Reversibility Rev. Mod. Phys., 17, 1945, 343.
75. С e 1 i n s к i O., Rimawi 1. H., Classification of Analog
Multipliers Instr. Control Systems, 37, 1964, 6, 149.
76. Cervenak J. Marcin M., Naparowane Hallove sondy z
antimonidu india, Slaboproudy Obzor, 24, 1963, 8, 439.
77. C e s n a к L., Mefinski K., Pouzite Hallowych sond na
vysetrenie magnetickeho pola vo vzduchovej medzere otacivych elektri-
ckych strojov, Elektrotechn. Obzor, 48, 1959, 9, 485.
78. C h a m p n e s s С. H. J., The Transverse Magnetoresistance
Effect in InSb, J. Electron. Contr., 4, 1958, —, 201.
79. Champness С. H. J., High Pulsed Field Magnetoresis-
tance in Indium Antimonide and Indium Arsenide, Can. J. Phys., 41,
1963, 6, 890.
80. C h a n g К- K. N., H u g h e s R. D., High—Field Study of a
Hall Effect Microwave Converter, J. Appl. Phys., 34, 1963, p. 4, 1, 777.
81. Ch asm ar R. P., Cohen E„ An Electrical Multiplier Uti-
lizing the Hall-Effect in Indium Arsenide, Electronic Engng, 30, 1958,
11, 661.
82. Ch asm ar R. P., Cohen E., An Electrical Multiplier Uti-
lizing the Hall-Effect in Indium Arsenide, M—V Gazette, —, 1959,
5, 140. ‘
317
83. C h a sm a r R. P., C oh e n E., H о 1 m e s D. P., The Design
and Performance of a Hall-Effect Multiplier, Proc. IEE, 106 B, 1960,
Suppl. 16, 702.
84. Chasm ar R. P., Openshaw B„ A Hall-Effect DC to AC
Converter, Electronic Engng, 34, 1962, 417, 755.
85. С 1 a w s о n A. R., Wieder H. M., Bibliography on the
Hall-Effect Theory and Applications, Solid-State Electronics, 7, 1964,
5, 387.
86. Cohen 'E., Some Measurement of Intermodulation and Har-
monic Distortion in Hall-Effect Multipliers by Means of a Muirhead.
Parametrada Wave Analyser, Technique, 14, 1960, —, 19.
87. С о h e n E., A Hall-Effect Multiplier for Use at Radio Fre-
quencies, Electron. Engng, 32, 1960, 391, 558.
88. Cohen E., An Improved Radio Frequency Hall-Effect Mo-
dulator, Electronic Engng, 34, 1962, 411, 316.
89. С о 11 i n s J. R„ The Hall-Effect, Electronics World, 69, 1963,
4, 39.
90. С о n s i g п у E., Sondes a effect Hall. Collog. Intern, sur les
dispositifs a semicond., 11, 19611, —, 570; Paris.
91. Conwell E., Properties of Silicon and Germanium I, Proc.
IRE, 40, №52, 11, 1327.
92. С о n w e 11 E. M., Properties of Silicon and Germanium II,
Proc. IRE, 46, 1958, —, 1281.
93. Coudres Des Th., Eine direkte Methode ftir Wechselstrom-
analyse, Verh. d. phys. Ges. Berlin, 17, 1898, —, 129.
94. С о u d r e s Des Th., Umwandlung von Weohselstrom in
Gleichstrom mittels des Hallschen Phanomens, Phys. Zd., 2, 1901,
40, 586.
95. C r a i g P. H., The Hall-Effect in Vismuth with Low Mag-
netic Field, Phys. Rev., 27, 1926, —, 772.
96. C r a i g P. H., System and Apparatus Employing the «Hall
Effect», Патент США, № 1825855, 6.10.1931 и № 1822129, 8.9.1931.
97. Cyber nos, Deux applications de 1’effet Hall, Multiplicateurs
de tension; circulateurs, Electronique Industr., 5, il959, 26, 95.'
98. Czichon H., Kobetidra A., Zastosowanie warstw swiat-
loczulych z polialkoholem winylowym do produkcji przyrzqdow pol-
przewodnikiwych, Przeglqd Elektroniki, 3, 1962, 12, 701.
99. D a 11 a S. K., D a w A. N., The Hall Side Resistance of a
Hall Generator, Zs. Naturforsch, 19a, 1964, 3, 392.
100. Dauphines T., Mooser E., Apparatus for Measuring
Resistivity and Hall Coefficient of Semiconductors, Rev. Sci. Instr.,
26, 1955, 7, 660.
101. Davies L. W., The Reduction of Misalignement Voltage in
Hall Measurements, J. Sci. Instr., 35, 1958, 3, 111.
102. Davies L. W„ Metallic Contacts to Germanium and Si-
licon, J. Sci. Instr., 35, 1958, 11, 423.
103. Della Pergola G. C., Sette D., Hall Ratio and Mag-
netoresistance N-type Germanium, Phys. Rev., 104, 1956, 3, 598.
104. Denker S. P., Properties of Hall-Effect Multipliers, Semi-
cond. Prod., 4, 1963, 6, 32.
105. Development in Hall Effect Multipliers, Brit. Comm. a. Elect-
ron., 7, 1960, 5, 345.
106. Devin B., Some Practical Applications of the Hall Effect,
Direct Current, 5, 1961, 4, 122.
318
107. Dickerson J. A., Field Mapper pses Hall-Effect Device,
Electr. Des. News, 7, 1962, 12, 88.
108. Di eb el H., Selbstgleichende Kompensations-Messverfahren
mit Heissleitern und Hallgeneratoren, Zs. Instrumentkunde, 711, 1963,
6, 164.
109. Dois C. G„ S к i f f E. W., W a t s о п P. G., Temperature-
Regulated Vismuth Resistor for Magnetic Field Measurement, Rev. Sci.
Instr., 29, 1958, 5, 349.
110. D о п a 1 d s о n G. W., The Application of Hall Effect to
Control Synchros, Electronic Engng, 35, 1963, 423, 286.
111. Donoghul J. J., E a t h e r 1 у W. P., A New Method for
Precision Measurement of the Hall and Magnet-Resistive Coefficients,
Rev. Sci. Instr., 22, 1951, 7, 513.
112. Drabble J. R., Wolfe R., Geometrical Effects in Trans-
verse Magnetoresistance Measurements, J. Electron. Contr., 3, 1957,
—, 259.
1'13 . Dziuba Z., Giriat W., Otrzymywanie naparowanych hal-
lotronow z HgSe, Przegl, Elektron., 2, 1961, 1, 74.
114. Dzung L. S., Magnetohydrodynamic Generator with Hall
Effect at the Duct Ends, Brown Bov. Rev., 49, 1962, 6, 211.
115. E n d s 1 e у D. L., G r a n n e m a n n W. W., Rosier L. L.,
Four-Terminal Analysis of the Hall Generator, Trans. IRE, ED-8, 1961,
—, 220.
1116. Engel W., Anordnung zum Erzeugen von fiber langs Zeit-
raume hochstabilen Steuerstromen fiir Hallmessonden, Патент ФРГ
№ 1120584, 19.7.1962
117. Engel W., Kuhrt F., L i p p m a п H. J., Ein neues Prin-
zip zur kontaktlosen Signalgabe, ETZ—A, 81, 1960, 9 , 323.
118. Epstein M., Sachs M. M., Greenstein L. J., Mul-
tiple Element Hall-Effect Sensor, Proc. IRE, 47, 1959, 11, 2014.
119. Epstein M., Schulz R. B., Magnetic Field Pickup for
low Frequency Radio—Interference Measuring Sets, Trans. IRE,
ED—8, 1961, 1, 70.
120. Epstein M., Van Scoyoe I. N., Greenstein L. J.,
Magnetoresistive Magnetic Fields Sensor, Proc. Nat. Electron. Conf.
Chicago, 17, 1964, —,611.
'121 . Fa у L. E., A Hall Effects D. C. Resolver, Contr. Engng,
6, 1959, 12, 131.
122. IF a у L. E., The Hall Effect Application in Electrical Mea-
surement, iSemicond. Prod., 3, 1960, 5, 39.
123. Finke H., Die elektrische Ausriistung grosser Aufzugan-
lagen, Siemens Zs., 37, 1963, 2, 74.
124. Flanagan W. F., Flinn P. A., Averbach B. L.,
Shorting and Field Corrections in Hall Measurements, Rev. Sci. Instr.,
25, 1954, 6, 593.
125. Folberth O. G., Mischkristallbildung bei Ain—By Ver-
bindungen Zs. Naturforsch, 10a, 1955, 6, 502.
126. Folberth O. G., Grimm R., Weiss H., Uber die
elektrischen Eigenschaften von InAs—I, Zs. Naturforsch., 8a, 1953,
12, 826.
127. F о 1 b e r t h O. G., Madelung O., Weiss H., Die elek-
trischen Eigenschaften von Indiumarsenid—II Zs. Naturforsch., 9a,
1954, 11, 954.
128. F о 1 b e r t h O. G., W e i s s H., Uber die elektrischen Eigen-
schaften von InAs—III, Zs. Naturforsch., Ila, 1956, 6, 510.
319
129. Forlini A., Le Bourgeois A., Mesure de la mobility
de Hall par la methode du disque Corbino, J. Phys. Radium—Phys.
Appl., 23, 1962, 12 Sup)., 163A.
130. Frank H., Mefeni Hallovy pohydblivosti na celych krysta-
lech, Ces. Cas. Fys„ 9, 1959, 5, 499.
131. Frank V., On the Geometrical Arrangement in Hall Effect
Measurement, Appl. Sci. Res., 3 B, 1953, —, 129.
132. Frankel D„ de Sabata 1., Masurarea puterii sparente
in sisteme mono—si trifazate in^generatoare Hall, Electrotehnica, 10,
1962, 4, 185.
133. Frankel D., de Sabata I., Masurarea puterii fluctuante
si a puterii de nasimetrie in generatoare Hall, Electrotehnica, 10, 1962,
11, 425.
134. Frederikse H. P. R., H о s 1 e r W. R., Galvanomagnetic
Effects in InSb, Phys. Rev., 10'8, 1957, 5, 1136.
135. F r e d e r i к s e H. P. R., Hosier W. R., Magnetoresistive
Effects in Indium Antimonide and Indium Arsenide, Solid State Phys.
(Bruss), 2- pt 2, 1960, 651.
136. Fuchs H., Flickhart D. G„ A Hall Effect Analogen
Multiplier, Electronic Engng, 32, 1960, 393, 696 и 733, 738.
137. Galqzka R., Giriat W., Electrical Properties of the
CdTe—HgTe System, Bull. Acad. Pol. Sci.—Ser. math, phys., 9, 1961,
4, 281.
138. G a 1 q z к a R. R„ Preparation, Doping and Electrical Pro-
perties of Cdo^Hgo^Te, Acta Phys. Polon, 24, 1963, 6, 791.
139. Gaussmetre comparateur, Instrum, et Labs, —, 1960, 14, 28.
140 G e b a 11 e T. H., H u 11 G. W., Seebeck Effect in Germanium,
Phys. Rev., 94, 1954, 5, 1134.
141. Ge Ider E., H i r s c h m a n n W., Schaliungen mit Halblei-
terbauelementen, Berlin—Munchen, 1961; Siemens—Halske, S. 236,239.
142. Germain C., Bibliographical Review of the Methods of
Measuring Magnetic Fields, Nucl. Instrum. Meth., 2'1, 1963, 1, 17.
143. Gibbins W. G., Magnetoresistive Devices, Патент Англии
№ 879384, 11.10.1961.
144. Gibbons J. F., Hall Effect in High Electric Field, Proc.
IRE, 47, 1959, 1, 102.
145. Giriat W., Zastosowanie materialow polprzewodnikowych
о duzej ruchliwosci nosnikow prqdu, Postqpy Fizyki, 10, 1959,
2, 149.
146. Giriat W., Electrical Properties of Mercury Telluride, Brit.
J. Appl. Phys., 15, 1964, 2, 151.
147. Giriat W., Rauluszkiewicz J., Otrzymywanie i wlas-
nosci InSb, HgSe, HgTe, Przeglqd Elektron., 1, 1960, 2, 163.
148. Giriat W., Rauluszkiewicz J., Hallotrony. PWN.
Warszawa, 1961.
149. Glicksman M., Semiconductor Frequency Multiplier
Using the Hall Effect, Патент США № 3011069, 28.11.1961.
150. Glicksman M., Steele M. C., Hall Effect in High
Electric Fields, Proc. IRE, 47, 1959, —, 1781.
151. G1 in ski G. S., Lan do It J. P., Theory and Practice of
Hall Effect Multipliers, IRE International Conv. Rec., —, 1961,
p. 12, 143.
152. Gobrecht H., Electrical and Optical Properties of Mercu-
ry Selenide (HgSe), J. Appl. Phys., 32, 19'64, 10 Suppl., 2246.
320
153. Goldberg С.. Davies R. Ё., New Galvanomagnetic
Effect, Phys. Rev., 94, 1954, 5, 1121.
154. Go n da P., Vyuzite Hallovoho zjavu v polovodici к meraniu
vykonu v elektromagnetickom poli, Elektrotechn. Obzor, 45, 1956,
12, 624.
155. Grabner L., Longitudinal Hall Effect, Phys. Rev., 117,
1960, 3, 689. -
156. Green M., Electrode Geometries for which the Transverse
Magneto — resistance is Equivalent to that of a Corbino Disc., Solid-
State Electronics, 3, 1961, 314.
157. Green M., Corbino Disk Magnetoresistivity Measurements
on InSb, J. Appl. Phys., 32, .1901, 7, 1236.
158. Green M., Corbino Disc., J. Appl. Phys., 32, 1961, 10,
2047.
159. Green M., Experimental Investigation of Electrode Geo-
metries Having Transverse Magnetoresistance Equivalent to that of
Corbino Disc. Solid-State Electronics, 6, 1963, 1, 63.
160. Greiner R. A., Feedback Amplification Improves Hall-
Effect Multipliers, Electronics, 34, 1961, 34, 52.
161. Grobe E., Seiler K., Stromrauschen in Silizium, Ann. d.
Phys., Ill, 1963, 1, 75.
162. Grubbs W. J., Hall Effect Devices, BSTJ, 38, 1959, 3,
853.
163. Grubbs W. J., The Hall Effect Circulator—Passive Trans-
mission Device Proc. IRE, 47, 1959, 4, 528.
164. Grubbs W. J., A Undirectional Amplifier with Esaki Dio-
des, Trans. IRE, ED—8, 1961, —, 163.
165. Griitzmann S., Hall-Effect Gyrators, Isolators and Cir-
culator with High Efficiency, Proc. IEEE, 51, 1963, 11, 1584.
166. Gutbier H., Bestimmung der Massenzahl in einem Mas-
senspektrometer mit Hilfe eines Hallgenerators, Zs. Instrumentkunde,
71, 1963, 3, 74.
167. GOnther K. G., Aufdampfschichten aus halbleitenden
III—V—Verbindungen, Zs. Naturforsch., 13a, 1958, —, 1081.
168. GOnther K. G„ Freller H., Eigenschaften aufgedampf-
ter InSb- und InAs-Schichten, Zs. Naturforsch., 16a, 1961, 3, 279.
169. Gunther R. G., Freller H., Neuartige Hallgeneratoren
mit aufgedampfter Halbleiterschicht, Siemens Zs., 36, 1962, 10, 728.
170. Hall E. H., On a New Action of the Magnet on Electrio
Currents, Philos. Magazine, 10, 1880, —, 225.
171. Hall E. H., On the New Action of Magnetism on a Per-
manent Electric Current, Philos. Magazine, 10, 1880, 63, 301.
172. «Halltron» and Meter Relay Indicate and Control Power,
Electr. Design News, 6, 1961, 2, 32.
173. lHamata V., Hallov generator a iego pouziti, Elektrotech.
Obzor, 46, 1967, 8, 405.
174. H amble ton S. E., Gartner W. W., Microwave Hall
Effect in Germanium and Silicon at 20 kMc, Phys. Chem Solids 8,
1959, —, 329.
175. Hansen A., Hall Effect Telemetering Transmitter Патент
США № 2536805, 2.1.1951.
176. Hansen A., Hall Effect Regulator and Balancing System,
Патент США № 2551265, 1.5.1951.
177. H a r a c S., Measuring Function Accuracy of Hall-Effect
Generators, Electro-Technol., 68, 1961, 9, 134.
21-1401 32|
178. На г ас Tischler 0., Hall Effect Generators for So-
lid-State Synchros and Resolvers, Electrotechnical Design, —, 1961,
1, 14.
179. Harding J. W., The Change of Resistance of a.Semicon-
ductor in a Magnetic Field, Proc. Roy. Soc., 140A, 1933, —, 205.
180. Harman T. C., Goering H. L., Beer A. C., Electrical
Properties of n-type InAs, Phys. Rev., 104, 1956, 6, 1562.
181. Harman T. C., Logan M. J., G о e r i n g H. L„ Pre-
paration and Electrical Properties of HgTe, J. Phys. Chem. Solids, 7,
1968, —, 228.
182. H a r t e 1 W., Anwendung der Hallgeneratoren, Siemens Zs.,
28, 1954, 8, 376.
T83. H a r t e 1 W. Eigenschaften und Anwendungen der Hallge-
neratoren, Solid-State Phys. (Bruss.), part 2, 1960, —, 723.
'184 . H a r t e 1 W., Proprietes et application du generateur Hall,
Bull. AIM, 74, 1961, 1, 11.
185. Hanlein W., Gunther K. G., Herstellung und Eigen-
schaften von Mehrkomponentenschichten durch Vakuumbedampfung,
Advances in Vacuum Sci. and Technol., vol. 11, 1960, Pergamon
Press.
186. Hausler H., Magnetischer Zielspeicher mit statischef Ab-
fragung durch Hall Generatoren zur kontaktlosen Steuerung des Fer-
tigungsflusses, Siemens Zs., 35, 1961, 1, 45.
187. Hausler J., Der Widerstand und das Feld eines rech-
teckigen Hall—Platchens, Zs. Naturforsch., 17a, 1962, 6, 50'6.
188. Henisch H. K-, Hall Effect Amplifier, Патент США
№ 2877309, 10.3.1959.
189. Henkel R., Three New Devices Readied from Thin Film
Hall Effect R and D, Electron, News 7, 307, 48.
1190. Hennig G. R., Applying the Hall Effect to Practical Mag-
net Testing, Electrical Mfg., 59, 1958, —, 132.
191. Herkart P. G., Kurshan J., Theoretical Resistivity and
Hall Coefficient of Impure Germanium Near Room Temperature, RCA
Rev., 14, 1953, 3, 427.
192. Hiebsch W., .Zafizeni pro elektricke kompensatory, me-
fici mustky a regulatory vyuzijici Hallova effektu, Патент ЧССР
№ 92559 il5.11.1959.
193. H i e г о ny m u s H., Weiss H., Die galvanomagnetische
Eigenschaften vort InSb, Solid—State Electronics, 5, 1962, 71.
194. Hieronymus H., Weiss H., Uber die Messung kleins-
ter magnetischer Felder mit Hallgeneratorn, Siemens Zs., 31, 1957,
8, 404.
195. Hilbinger A. R., New Uses for Hall-Effect Modulators,
Electronics, 37, 1964, 3, 30.
196. Hilbinger A. R., Scanga W. A., Barrack С. H„
Develop Practical Hall Effect Devices, Electron. Inds., 20, 1961,
5, 88.
197. H i 1 s u m C., Multiplication by Semiconductors Electronics
Engng, 30, 1958, 369, 664.
198. H i 1 s u m C., Galvanomagnetic Effects and Their Applica-
tion, Brit. J. of Appl. Phys., 12, 1961, 3, 85.
199. H i 1 s u m C., R о s e -1 n n e s A. C., A New Method of
Measuring Susceptibility, Nature, London, 182, 1958, 4642, 1082.
200. Hilsum C., Rose-Innes A. C., Semiconducting III—V
Compounds, Pergamon Press, 1961, Oxford.
322
201. Hlasnik I., Polak M., Teplotna zavislost Hallovych
generatorov a jej kompenzacia, Elektrotechnicky Casopis, Bratislava,
1'5, 1964, 6, 345.
202. Hol lit scher H., Magnetic Flux Pattern Instrumentation
Using Hall Probes, Power Appar. System. 1960, 51, 915.
203. Hopkinson J., Note on Mr. E. H. Hall’s Experiments on
the «Action of Magnetism on a Permanent Electric Current», Phil.
Magazine, 10, 1880, —, 430.
204. Hood R. T., Measuring Current in High-Energy Arc Jets.
Instrum, a. Control Systems, 37, 1964, 1, 99.
,205 . Hos ek J., Vesely L., Vitek J., Zafizeni к mereni
elektrickeho proudu, Патент ЧССР № 92340, 15.10.1959.
206. H г о s t о w s к i H. J., Morin F. J., Geballe T. H.,
Weathly G. M., Hall Effect and Conductivity in InSb, Phys. Rev.,
100, 1955, 6, 1672.
207. H s u F. S. L., Kunzler J. E., Magnetoresistance Probe
for Measuring Magnetic Field Intensity in a Small Space, Rev. Sci.
Instr., 34, 1963, 3, 297.
208. H ubb ard . С. H., Lo sasso L. A., Rousso E., Mic-
rowave Isolator Combines Hall Effect and Tunnel Diodes, Electronics,
34, 1'961, 24, 56. ' -
209. Hulme K. F., Mullin J. B., Indium Antimonide—a Re-
view of its Preparation, Properties and Devices Applications, Solid-
State Electron., 5, 1962, —, 211.
210. Hunter L. P-, Graphical Representation of the Semicon-
ductor Hall Effect. Phys. Rev., 94, 1954, 5, 1157.
211. I g n a t о w i c z S., Elektrody do hallotronow naparowywa-
nych z HgTe, Przeglad Elektroniki, 5, 11964, 4, 17'1.
212. Ignatowicz S., Ko bus A., Wlasnosci cienkich warstw
naparowywanych z HgTe, Komunikat na Sympozjum Przyrzqdow
Polprzewodnikowych—Jablonna, 1964, IX.
213. Isenberg I., Russel B. R., Greene R. F., Improved
Method for Measuring Hall Coefficients, Rev. Sci. Instr., 1'9, 1948,
10, 685.
214. Jaggi R., Probenform und Anordnung der Potentialsonden
bei Hall-effektsmessungen ohne und mit ausseren Magnetfeldern, Helv.
Phys. Acta, 29, 1956, 3, 201.
215. Jan J. P., Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects
in Metals, Solid State Physics, 5, 1957, —, 3.
2116. Jani cki T., К о b u s A. (dane nieopublikowane).
217, Иоффе А., Физика полупроводников, Изд-во АН СССР,
1957.
218. Johnson Н. Н., Migdley D., The Corbino Disk and
its Selfmagnetic Field, Proc. IEE, 109 B, 1962, 45, 283.
219. Johnson J., Hall Effect Applied to Nondestructive Testing,
Electro-Technical, 71, 1963, 6, 12.
220. Jousselin J., Magnetometre a effet Hall, Atomprax, 8,
1962, 4, 140.
221. Jurgen R. K-, Hall Effect Devices, Electronics, 32, 1959,
3, 63.
222. J u s t i E., Thuy H. J., Galvanomagnetische Niederfrequ-
enz-Verstarker, Zs. Naturforsch., 9a, 1964, 2, 183.
223. Kaier H., Mehrbereich Flussdichtenmesser mit Hallsonde,
Elektrie, 116, 1962, 10, 331.
21* 323
224. Kali c D., Uredaj za merienje uczestanosti sa riezonantnim
kolom i cholowim elemientom, Zbornik radowa Inst. «Nikola Tesla»,
Belgrad, 1960, 3, 15.
225. Kannelakos D. P., S chuck R. P., T о d d A. C., Hall
Effect Wattmeters, IRE Trans. Audio, 9, 1961, 1, 5.
226. К a t а о к a S., Magnetoresistance Multiplier with Higher
Gain, Proc. IRE, 50, 1962, 2, 216.
227. Kataoka S., Sensitivity of a Magnetoresistance Wattme-
ter, Proc. IRE, 50, 1962, 8, 1849.
228. Kataoka S., Magnetoresistance Microwave Wattmeter,
Proc. IEEE, 51, 1963, 2, 380.
229. Kataoka S., Correction to Function Generator forF=Ax3 +
4-Bx2 + Cx+D Employing the Galvanomagnetic Effects in Semicon-
ductors, Proc. IRE, 51, 1963, 3, 869.
230. Kataoka S., Yamada H., Function Generator to У=Ax3 +
+Bx2 + Cx+D Employing the Galvanomagnetic Effects in Semicon-
ductors, Proc. IRE, 50, 1962, 12, 2522.
231. Keister G. L., A Compact Multiplier Puts the Hall Effect
to Work, Control Engng, —, 1955, 11, 94.
232. Kemp B., Hall-Effect Insturmentation, Indianopolis, USA,
1962, H. W. Sams and Co.
233. К e 11 e 1, Schneider, Analog Multiplier and Divider, IRE
Trans., EC-10, 1961, Sept., 269.
234. Kleinman D. A., Schawlow A. L., Corbino Disk., J.
Appl. Phys., 31, 1960, 12, 2176.
235. Ko bus A., Projektowanie i wlasciwosci hallotronow
germanowych, Przeglad Elektroniki, 1, 1960, 4, 414.
236. Kobus A., Hallotron germanowy, Archiwum Elektrotechniki,
9, 1960, 4, 720.
237. Kobus A., Elektryczne wlasnosci hallotronow CHI i CH3,
PAK. 6, 1960, 11, 446.
238. Kobus A., On Secondary Asymetry in Germanium Hall
Generators, Bull. Acad. Pol. Sci., Ser. techn., 9, 1961, 2, 201.
239. Kobus A., Asymetria wtorna w hallotronach germanowych,
Przeglad Elektroniki, 3, 1962, 7, 375.
240. Kobus A., Gaussotron z antymonku indowego, Przeglad
Elektroniki, 3, 1962, 4, 183.
241. Kobus A., Wplyw asymetrii wtornej na charakterystyki
hallotronu, PAK, 9, 1963, 2, 61.
242. Kobus A., Podstawy projektowania hallotronow (w przygo-
towaniu).
243. Kobus A. (dane nieopublikowane).
244. Kobus A., Tepelne vlastnosti Hallovych generatorov, Elek-
trotechniky Cas, Bratislava, 14, 1963, 5, 251.
245. Kobus A., Miniaturowy hallotron germanowy CH4, Przeg-
lad Elektroniki, 5, 1964, 3, 111.
246. Kobus A., On Secondary Asymetry in Germanium Hall
Generators II, Analysis of Component Voltages, Bull. Acad. Pol. Sci.,
Ser. techn., 12, 1964, 6, 31.
247. Kobus A., Temperaturowe wlasnosci hallotronowe, Archi-
wum Elektrotechniki, ,13, 1964, 2, 290.
248. Kobus A., Asymetria wtorna w hallotronach germanowych,
Archiwum Elektrotechniki, 13, 1964, 3.
324
249. Kobus A., Ignatowicz S., Naparowywane hallotrony
z tellurku rtgciowego HN13 i HN14, Przeglad Elektroniki, 5, 1964,
12, 632.
250. Kobus A., Ignatowicz S., Projektowanie hallotronow
naparowywanych z HgTe (w przygotowaniu).
251. Kobus A., Izolator z antymonku indowego, Komunikat
na Sympozjum Przyrzqdow Pqlprzewodnikowych, Jablonna, 1964, IX.
252. Kobus A., Hallotron germanowy о zmniejszonej asymetrii
wtornej (w przygotowaniu).
253. Koch L., Lambert G., L’effet Hall dans les semicon-
ducteurs et ses possibilites d’application, L’Onde Electrique, 39, 1959,
382, 32.
254. Koehler H., Kostyshyn B., Ku T. C., A Note on Hall
Probe Resolution, I. В. M. J. Res. Dev., 5, 1961, 326.
255. Kohout F., Der Hallgenerator und seine technische An-
wenditng, Interne Technische Mitteilungen aus der RFZ, 6, 1962,
12, 1.
256. Koike. R., Barlow H. E. M., Microwave Measurements
on the Magnetoresistance Effect Semiconductors, Proc. IEE, 109 B,
1962, 44, 137.
257. Kooi C. F., Weaver J. L., Nonlinear Hall-Effect Ternary
Logic Element, Solid State Electronics, 7, 1964, 5, 311.
258. Корре H., Bryan J. M., On the Theory of the Hall
Effect, Can. J. Phys., 29, 1951, 4, 274.
259. Kostyshyn B., Roshon D., Magnetic Field Probe of
High Sensitivity and Resolution, Proc. IRE, 47, 1959, 3, 451.
260. Kovath G., Me serve W. E., The Hall-Effect Analog
Multiplier, Trans. IRE, EC-10, 1961, 9, 512.
261. Koller W., Untersuchungen der Mikrostruktur von Mag-
netfeldern in elektrischen Mashcinen mit Hallsonde und Flussmesser,
ATM, 1961, 305, 131; V 8251—5.
262. Kroemer H., On the Theory of Hall-Effect Isolators for
Tunnel Diode Amplifiers, Solid-State Electroncs, 7, 1964, 5, 291.
263. Krusze wski Z., Zagadnienia pomiaru przestrzennego wek-
tora indukcji magnetycznej, Przeglqd Elektroniki, 3, 1962, 5, 267.
264. Kruszewski Z , Tecnnologia' Ijontaktow w hallotronach,
Przeglqd Elektroniki, 3, 1962, 9, 519.
265. Kubatova J., Princip a pouziti Hallovych generatoru,
Elektrotechnik, 12, 1957, 1, 7.
266. Kubrycht J., Prime mefeni intensity magnetickeho pole
pomoci Hallova jevu, Elektrotechn. Obz., 45, 1956, 11, 566.
267. Kuhn L., Pouziti Hallovych generatoru v konstrukci vyva-
zovacich strojfi, Elektrotechn. Cas., 14, 1963, 5, 271.
268. Kuhrt F., Eigenschaften von Hallgeneratoren, Siemens Zs.,
28, 1954, 8, 370.
269. Kuhrt F., Broad-Area Resistance Body for Hall Genera-
tors, Патент США № 2825858, 16,8.1955.
270. Kuhrt F., Eigenschaften und Anwendungen der Hallgene-
ratoren, VDE—Fachberichte, 19, 1956, 1.
271. Kuhrt F., Der Hallgenerator als Leistungsverstarker und
Schwingungserzeuger, ETZ—A78, 1957, 10, 342.
272. Kuhrt F., Hall Generators of Increased Sensitivity, Па-
тент США № 2814015, 19.11.1957.
273. Kuhrt F., Hall Voltage Device for Translating Electric
Magnitudes, Патент СЩА № 2862189, 25.11.1958.
325
274. Kuhrt F., Der Hallgenerator und seine Anwendung in der
Messtechnik, Elektronische Rundschau, 14, 1960, 1, 10.
275. Kuhrt F., Technische Anwendung des Hall-effektes, Halblei-
terprobleme 6, Braunschweig, (1961, Vieweg u. Sohn, 186,
276. Kuhrt F., Hall Generators in Control and Automation Engi-
neering, Direct Current, 8, 11963, 2, 50.
277. Kuhrt F., Braunersreuther E., Drehmomentsmessung
an einem Glelchstrommotor mit Hille des Hallefekts, Siemens Zs., 28,
1954, 7, 299
278. Kuhrt F., Braunersreuther E., Messung des Feldver-
laufes Luftspalt eines Gleichstrommotors mit Hille des Hallellektes,
ETZ—A, 77, 1956, 17, 578.
279. Kuhrt F., Hart el W., Der Eigenleldfehler bei der Mes-
sung der Tangentialfeldstarke in Eisen mittels des Hallellektes, Arch.
1. Elektrotechnik, 42, 1956, 7, 398.
280. Kuhrt F., Hartel W., Der Hallgenerator als Vierpol, Arch.
1. Elektrotechnik, 43, 1957, 1, 1.
281. Kuhrt F., Lippman H. J., Wiehl K., Ober das Fre-
quenzverhalten von Hallgeneratoren, Arch, elektr. Obertr., 13, 1959, 341.
282. Kuhrt F., Ma az K-, Messung hoher Gleichstrome mit Hall-
generatoren, ETZ—A, 77, 1956, 13, 487.
283. Kuhrt F., Ma az K.., Electric Current Measuring Transfor-
mer, Патент США, № 2886779, 12.5.1959.
284. Kuhrt F., Ma az K-, Einrichtung mit einem Halbleiterkor-
per mit magnetfeldabhangigen Widerstand, Патент ФРГ, № 1098581,
17.8.1961.
285. Kuhrt F., Ma az K-, Hall Voltage Generators for Ampli-
fier and Oscillators Purposes, Патент США, № 2988707, 13.6.1961.
286. Kuhrt F., Stark G., Wolf E., Wiedergabe von Magnet-
tonaufzeichnungen mit Hilfe des Halleffekts, Elektronische Rund-
schau, 13, 1959, 11, 407.
287. Ku Ida V., Pouziti Hallovych generatorti pri zkouseni stejnos-
mernych strojfi, Elektrotechn. Cas., 114, 1963, 5, 282.
288. Lautz G., Ruppel W., Zur magnetischen Widerstandsan-
derung von Ge-Einkristallen zwischen 10° und 300° K, Zs. Naturforsch.,
10a, 1955, 521.
289. Lavine J. M., Alternate Current Apparatus for Measuring
the Ordinary Hall Coefficient of Ferromagnetic Metals and Semicon-
ductors, Rev. Sci. Instr., 29, 1958, 11, 970.
290. Lawson T. R., The Halleffect and its JJses, Westinghouse
Engineer, 17, 1957, 3, 71.
291. L a w s о n W. O., N i e 1 s e n S., P u 11 e у E. H., Y о u n g A. S.,
Preparation and Properties of HgTe and Mixed Crystals of HgTe —
CdTe, J'. Phys. Chem. Solids, 9, 1959, 3/4, 325.
292. Leavenworth R. A., Maczuk J., Schwartz R. F.,
The Application of Hall Effects Devices to the Measurement of Micro-
wave Power Density, Trans. IRE, 1—11, 1962, 12, 264.
293. Lenard P. H., Howard J. L., Ober Wismutdraht als ein
einfaches Mittel zur Messung magnetischer Felder,.- Elektrotechn. Zs.,
9, 1888, 14, 340.
294. Lerner L. S., Inexpensive Highly Linear Hall Magnetome-
ter, Rev. Sci. Instrum., 33, 1962, 10, 116.
295. Lindberg O., Hall Effect., Proc. IRE, 40, 1952, 11, 1414.
296. L i p p m a n n H. J., Kontaktloser Signalgeber mit beriihrungs-
loser Betatigung durch Eisenteile, ETZ—A, 83, 1962, 11, 367,
326
297. Lippmann H. J., kuhrt F., Der Geometrieeinfluss aui
den transversalen magnetischen Widerstandseffekt bei rechteckformigen
Halbleiternplatten, Zs. Naturforsch, 13a, 1958, —, 462.
298. Lippmann H. J., Kuhrt F., Der Geometrieeinfluss auf den
Halleffekt bei rechteckigen Halbleiterplatten, Zs. Naturforsch., 13a,
1958, 6, 474.
299. Lippmann H. J., Wiehl K-, Magnetische Zielsteuerung
von Grossrohrpostbehaltern, Siemens Zs., 32, 1963, 2, 97.
300. Lippmann H. J., Wiehl K-, Bauelement zur Modulation
kleiner Gleichstrome und Gleichspannungen Siemens Zs., 1963, 4, 301.
301. Lippmann H. J., Wiehl K-, Modulation kleiner Gleich-
spannungen und Gleichstrome mit Hilfe des Hall—Effektes, ETZ—A,
84, 1963, 8, 252.
302. Lloyd D. J., Pot-Core Construction for a Hall Multiplier,
J. Sci. Instr., 35, 1958, 5, 225.
303. Lloyd D. J., A Simple Transistor Amplifier for Energizing
a Hall Multiplier, Electronic Engng, 9, 1958, 8, 560.
304. Loo eke G., Messung der Burstenkurzschlusstrome eine_r
Gleichstrommaschine mit Hilfe des Halleffektes, E. u. M., 72, 1955,
14, 309.
305. Loo eke G., Messung magnetischer Gleichfelder in elektri-
schen Maschinen, ETZ—A, 76, 1955, 15, 517.
306. Lofgren L., Analog Multiplier Based on the Hall Effect,
J. Appl. Phys., 29, 1958, 2, 158.
307. M a a z K., Hallgenerator inbesonderer fur Hallmultiplikato-
ren, Hallverstarker ober Modulatoren, Патент ФРГ № 1089885,
30.3. 1961.
308. M a a z K-. Hallgenerator inbesondere fur Hallmultiplikatoren,
Hallverstarker und Modulatoren, Швейцарский патент, № 366097,
31.1.1963.
309. Ma az K-, Schmid R., Hochstromjoche mit Hallgenerato-
ren, ETZ—A, 78, 1957, 20, 734.
310. Madelung O., Zur Theorie der magnetischen Effekts in
isotropen Halbleitern hoher Beweglichkeit, Zs. Naturforsch., 8a, 1953,
12, 791.
311. Madelung O., Zur Theorie der Leitfiihigkeit in isotropen
Halbleitern, Zs. Naturforsch., 9a, 1954, —, 667.
312. Madelung O., Weiss H., Die e'lektrischen Eigenschaften
von InSb II, Zs. Naturforsch, 9a, 1954, 6, 527.
313. Madelung O., Halleffekt in Halbleitern mit p—n Uber-
gang, Zs. Naturforsch., 14a, 1959, 11, 951.
314. Maeson F., Determination of Numbers of Injected Holes
and Electrons in Semiconductors, Phil. Res. Rep., 15, 1960, 2, 107.
315. Majewski Z., Sikorski S., S wider ski J., On the
Relation Between Anomalous Resistivity and Concentration Gradient
of Carries in Germanium, Bull. Pol. Acad. Sci., Ser. techn., 7, 1959,
6, 401.
316. Mansfield R., The Hall Effect in Semiconductors, Proc.
Phys. Soc. B, 69, 1956, 8, 862.
317. Marcus T. J., Using Hall Generators as Contacless Com-
mutators, Electronics, 35, 1962, 6, 43.
318. Mason W. P., Hewitt W. H., Wick R. F., Hall Effect
Modulators and «Gyrators» Employing Magnetic Field Indepedent
Orientations in Germanium, J. Appl. Phys., 24, 1953, 2, 166.
327
319. Meixner J., Zur Theorie der elektrischen Transporterschei-
nungen im Magnetfeld, Ann. d. Physik, 40, 1941, —, 165.
320. Mengali O. J., S h i 11 i d а у T. S., A Silicon Hall Element
for Application in an Analog Multiplier Solid-State Electronics, 7, 1964,
5, 379.
321. McEvoy J. P., De cell R. F., Accurate Low Magnetic
Field Measurements on Superconducting Coils, Rev. Sci. Instrurr 34,
1963, 8, 913.
322. Menzel P., Messung im inhomogenen Magnetfeld mit der
Hallsonde, ATM, 1961, 303, 83, V 392, 2.
323. M e r i n s к i К., Частное сообщение, 1964.
324. M e r i n s к i K-, Hlasnik L., Schilder J., Hallova sonJ
na meranie magnetickijch poli, umoznujuca sucasne meranie dwoui
zloziek magnetickiej indukcie, Патент ЧССР, № 94189, 15.2.1960;
325. M e 11 e H., Gartner W. W., L о s с о e C., Nernst and
Ettingshausen Effects in Germanium Between 300 and 750° K, Phys.
Rev., 115, 1959, 3, 537.
326. Me tie H., Gartner W. W., Loscoe C., Nernst and
Ettingshausen Effects in Silicon between 300° K. and 800°iK, Phys. Rev.,
117, 1960, 6, 1491.
327. Mette H., Righi-Leduc Effect in InSb Between 25° C and
300° C, Z. Phys., 176, 1963, 4, 329.
328. Middleton A. E., Scanlon W. W.; Measurement of the
Thermoelectrical Power of Ge at Temperatures above 78° K, Phys. Rev.,
92, 1953, 1, 219.
329. Mid gley D., Possibility of a Self — Sustaining Corbino-
Disc. Nature, 186, 1960, 30, Apr., 317.
330. Mid gley D., Current Distribution in Hall Plate, Industr.
Electr., 1, 1963, 7, 383.
331. Millan E. M. Me., Gyrator, J. Acoust. Soc. Amer., 19,
1947,____, 922.
332. Millar N. P., Hall Effect Frequency Meter., Патент CHIA,
№ 2545369, 13.3.1951.
333. Millar N. P., Warne R. A., Phase Comparator Utilizing
Hall Effect, Патент США, № 2543640, 27.2.1951.
334. Milligan N. P., Burhess J. P., Hall — Effect Devices
for Low Level Magnetic Detection, Solid — State Electronics, 7 1964,
5, 323.
335. M i у a z a w a H., Maeda H., Anisotropic Hall Coefficients
in n-type Germanium, Proc. Int. Conf. Semicond. Phys., Prague, 1960,
168; см. также J. Phys. Soc. Jap., 15, 1960, 1924.
336. Monser G. J., Pickup Devices for Very-Low-Frequency Re-
ception, Electronics, 34, 1961, 15, 68.
337. Morin F. J., Maita J. P., Electrical Properties of Silicon
Containing Arsenic and Boron, Phys. Rev., 96, 1954, 1, 28.
338. Moss T. S., Absorption and Photoconductivity in InSb, Pho-
toconductivity Conf., New York, 1956, 427.
339. Motto J. W. jr., Developing the Hallgenerator Equivalent
Circuit, Electronics, 35, 1962, 1, 90.
340. Muller A. O., Ein einfacher Magnetfeld Eichmarkengeber
mit Hallgenerator, Elektronik, 11, 1962, 6, 177.
341. Muller K. A., Wieland J., Apparatur zur Messung des
Halleffektes und der magnetischen Widerstandsanderung mit Wechsel-
strom, Helv. Phys. Acta, 27, 1954, 690.
328
342. Nal'gcz M., Sposdb pomiaru przesunigc i drgaii mechanicz-
nych oraz innych wielkosci nieelektrycznych przy wykorzystaniu zja-
wiska Halla, Польский патент, № 44034, 30.12.1960.
343. Nalgcz M., Mechanical Measurement Use of Hall Effect,
Electronic Technology, 38, 1961, 1, 15.
344. Nalgcz M., Hall — Effect in Measurements of Mechanical
Displacements and Vibrations, Bull. Acad. Pol. Sci., Ser. Techn., 9,
1961, 8, 469.
345. Nalgcz M., Pomiar drzenia r§ki, PAK 9, 1963, 10/11, 593.
346. Nalgcz M., Zawicki I., Sejsmograf. Польский патент
№ 45698.
347. N a 1 § c z M., . a w 1 c k i I., Mikrofon, Польский патент,
№ 45688.
348. Nalgcz M., Zawicki I., The Hall-Effect Seismograph.
Bull. Seismological Soc. America, 52, 1962, 2, 439.
349. Nalgcz M., Zawicki I., Wykorzystanie efeklu Halla do
rejestracji sejsmograficznych, Acta Geophysyca Polonica, 10, 1962,
1, 13.
350. Nalgcz M., Ziomecki H., Uklady gausomierzy z zasto-
sowaniem efektu Halla, Przegl^d Elektrotechn., 36, 1960, 11, 469.
351. Nalgcz M., Ziomecki H., Przyspeiszeniomierz liniowy,
Польский патент, № 45431, 24, 1961.
352. Nalgcz M., Ziomecki H., A Hall Effect Accelerometer,
J. Franklin Inst., 276, 1963, 1, 14.
353. Nalgcz M., Ziomecki H., Pomiar przyspieszeri liniowych
czujnikiem hallotronowym, PAK, 9, 10/11, 525.
354. Nalgcz M., On Accuracy and Sensitivity of the Hall Gene-
rator Transducer in Mechanical Measurement, Acta IMEKO 21-PO-183,
1964, 129.
355. Nentwig K-, Der Hall-generator, Elektrotechnik 12, 1957,
23, 183.
356. Neugebauer H., Einrichtung, die auf einer Produktbil-
dung unter Ausnutzung eines Effektes beruht, der an einem strom-
durchflossenen magnetisch steuerbaren Widerstandskorper auftritt, Па-
тент ФРГ № 1029463, 17.3.1960.
357. N e w s о m e J. P., Determination of the Electrical Characte-
ristics of Hall Plate, Prod. IEE, 110, 1963, 4, 653.
358. Noble R., Flux-sensitive Replay Heads, Electronic Engng,
35, 1963, 424, 372.
359. Novak M., Modelovani slozitych elektrickych pohonu pouzi-
tim Hallovych generatorfl, Elektrotechn. Cas, 14, 1963, 5. 308.
360. N fl r n b e r g W., Prflfung elektrischer Maschinen, 4. Aufl.,
Springer Verlag, Berlin, 1959, S. 377.
361. Oliver D. J., Current Noise in Indium Antimonide, Proc.
Phys. Soc., 70 B, 1957, 447 B, Pt 3, 331.
362. Osuchowska B., Zastosowanie zjawiska Halla do pomiaru
duzych natgzen pradow stalych, Przegl^d Elektrotechn., 37, 1961,
11, 462.
363. Oxenius J., Die Verwendung von Hall-generatoren in Ana-
logmultiplikatoren, NTZ, 11, 1958, 5, 263.
364. Pagnia H., Elektrische Eigenschaften dflnner Indium —
antimon id Schichten, Z. Phys., 16, 1963, 4, 209.
365. P a n k a 11 a H., Ubersicht uber elektronische Multiplikations-
yerfahren, Automatisierung, 3, 1960, 6, 259.
329
366. Paparoditis C., Preparation et proprietes des couches
minces d’antimoniure a indium, Solid State Phys., 2, 1960, 693.
367. P a t a j K.. Hallotrony do pomiaru natqzen stalych pol mag-
netycznych, Prace PIEL, 1, 1960, 1, 75.
368. P a t a j K-> Otrymywanie antymonku indu i jego wlasciwosci
elektryczne, Prace PIEL, 3, 1962, 1, 42.
369. Pataj K., Otrzymywanie arsenku indu, Prace PIEL, 3, 1962,
3, 220.
370. Pau w L. J., A Method of Measuring Specific Resistivity and
Hall Effect of Discs of Arbitrary Shape, Phil. Res. Rep., 13, 1958, I.
371. Pearson G. L., Magnetic Field Strength Meter Employing
the Hall Effect in Germanium, Rev. Sci. Instr., 29, 1958, 4, 263.
372. Pearson G. L., Magnetic Field Strengthmeter, Патент
США, № 2562120, 24.7.1959. ’
373. Pearson G. L., Suhl H., The Magnetoresistance Effect In
Oriented Single Crystals of Germanium, Phys. Rev., 83, 1951, 4, 76°-
374. Pearson G. L., Tannenbaum M., The Magnetoresista™-
ce Effect in InSb, Phys. Rev., 90, 1953, 4, 153.
375. Peukert W., Neues Verfahren zur Messung magnetisch^
Felder, ETZ, 31, 1910, 25, 636.
376. Perrier A., La methode serie-paralelle pour elever 1’inteu-
site de 1’effet Hall dans les conducteurs etroits, Helv. Phys. Acta 27,
1954, —, 207.
377. Perfectionnement aux dispositifs de mesure des inductions
magnetiques par effet Hall, Французский патент № 1189345, 1.10.1959.
378. P f e i f e r G., Krug H., Dynamische Momentmessungen
Wechselstrommaschinen mit Hilfe von Hallsonden, Elektrie, 18 1964,
6, 163, 8, 243.
379. Pincherle L., Radcliffe J. M., Semiconducting Inter-
metalic Compounds, Advances in Phys., 5, 1956, 19, 271.
380. Plata G., Zastosowanie efektow galwanomagnetycznych do
pomiaru mocy elektrycznej, Przegl. Elektroniki, 4, 1963, 8, 452.
381. Pohl R. G., Hall Effect Measurement in Semiconductor Ring,
Rev. Sci. Instr,, 30, 1959, 9, 783.
382. Potentiometre automatique a etalon electro-magnetique Me-
sures, 21, 1956, 227, 285.
383. Prince M., Drift Mobility in Semiconductors, Pt 1, Germa-
nium, Phys. Rev., 92, 1953, —, 681.
384. Проспекты фирмы Ohio Semiconductors, США: датчики Хол-
ла HR-31, HS-51; магниторезистор MS-41; 1960.
385. Проспекты приборов с датчиками Холла фирмы F. W. Bell,
США.
386. Проспекты приборов с датчиками Холла Института Forster,
ФРГ.
387. Проспекты приборов с датчиками Холла фирмы Metra,
ЧССР.
388. Проспекты датчиков Холла, магниторезисторов и перемно-
жителей фирмы Ohio Semiconductors, США, 1960.
389. Pugh Е. М., Rostoker N., Hall Effect in Ferromagnetic
Materials, Rev. Mod. Phys., 25, 1953, 1, 151.
390. Putley E. M., A Simple Apparatus for Recording the Va-
riation of Hall Coefficient with Temperature, J. Sci. Instr 33 1956,
4, 164. ’ ’
330
391. Put ley Ё. H., Some Observation on the Electrical Proper-
ties of Indium Antimonide at Low Temperatures, Solid-State Phys., 2,
1960, —,751.
392. Put ley E. H., The Hall Effect and Related Phenomena,
Butterworth-London, 1960.
393. P u z j a к L., Meranie homogenity magnetickeho pola velkeho
elektromagnetu pomocu Hallovych generatorov, Elektrotechn. Cas., 14,
1963, 5, 310.
394. Ramer P., Strutt M. J., W i 11 i s e n F. K-, Measurement
of Gauss Effect in Various Semiconductors at 10, 300 and 600 Mc/s,
Arch. Elektr. Ubertragung, 1957, 1.
395. R a t a j s к i Z. R. S., Designing Solid—State Synchros with
Hall — Effect Components, Electronics, 34, 1961, 36, 59.
396. Redin R. D., D a n i e 1 s e n G. C., Measurement of Magne-
tic Field Gradients by the Hall Effect, Phys. Rev., 100, 1955, 4, 1252;
см. также Bull. Amer. Phys. Soc., 30, 1955, 7, 25.
397. Rehm G., Selbsttatige elektronische Effektivwert — und
Wirkleistungs — Messumformer mit Hall — Generatoren, ATM J86—5;
1960, 290, 61.
398. Roberts D. H., Design of Magnetoresistance Elements, J.
Sci. Instrum., 38, 4961, 8, 332.
399. Rodot M., Sur la dispersion des electrons par les modes
optiques dans I’antimoniure d’indium, Compt rend. Acad. Sci. (Paris),
245, 1957, 13, 1051.
400. Rodot H„ Proprietes du semi-conducteur InSb, J. Phys.
Rad., 19, 1958, 2, 140.
401. Rodot H., Rodot M., Quelques properietes du tellure de
mercure, Compt rend. Acad. Sci. (Paris), 248, 1959, 7, 937.
402. Rodot H., Rodot M., Triboulet R., Some Properties
of HgSe — HgTe Solid Solutions, J. Appl. Phys., 32, 1961, 10, 2254.
' 403. Rodot H., Triboulet R., Preparation et proprietes du
tellurure de mercure de purete controles, Compt. rend. Acad. Sci., 254,
1962, 5, 852.
404. См. [Л. 256].
405. Roshon D. D., Miniature Hall Probe Maps Magnetic Fields,
J. of Electronics, 34, 1961, 24, 68.
406. Roshon D. D., Jr., Microprobe for Measuring Magnetic
Field, Rev. Sci. Instrum., 33, 1962, 2, 201.
407. Ross I. M., Saker E. W., Applications of InSb, J. of Elec-
tronics, 1, 1955, 2, 223.
408. Ross к M, Saker E. W., Thompson N. A. C., The
Hall — Effect Compass, J. Sci. Instrum., 34, 1957, 12, 479.
409. Ross J. M., Thompson N. A. C., An Amplifier Based on
the Hall Effect, Nature, 175, 1955, 4455, 518.
410. Rothe H., Dohlke W., Theorie rauschender Vierpole, Arch.
Elektr. Ubertr., 9, 1955, 117.
411. Roth H., Straub W. D., Very Low Offset Hall Probe,
J. Appl. Phys., 33, 1962, 7, 2397.
412. Rugari A. D., A Hall Effect Power Meter, Electronic Ind.,
21, 1962, 6, 16.
413. Ropprath R., Realisierung eins Hall — Multiplikators fur
den Tonfrequenzbereich, Intern. Elektron. Rundschau, 18, 1964, 8, 419.
414. Rupprecht H., Weber R., Weiss M., Uber die galva-
nomagnetischen Eigenschaften von InSb — Einkristallen mit Те — Do-
tierung, Zs. Naturforsch., 15a, 1960, 9, 783.
331
415. Ryder-Smith S. C., Guile A. E., Barrington A. E.,
Direct Measurement of §i2dt by a Method Based of the Hall Effect,
J. Sci. Instr., 37, 1960, 3, 100.
416. Sake r A. W., Cunnel F. A., Edmond J. T., Indium-
Antimonide as a Fluxmeter Material, J. Sci. Instrum., 6, 1955, 6, 217.
417. Saraga W., Gal pin R. К- P., Hall — Effect Vector Pro’
duct Generator, Solid—State Electronics, 7, 1964, 5, 335.
418. Sautter D., Sieler K, Uber das Rauschen von Germa-
nium-Einkristallen, Zs. Naturforsch., 12a, 1957, 6, 490.
419. Scanga W. A., Hi lb in ger A. R., Barrack С. M.,
Hall — Effect Multipliers, Electronics, 33, 1960, 29, 64.
420. Schaufler H., Der Hallwandler in der Regelungstcchnik,
Siemens Zs., 32, 1958, 2, 83.
421. Schilder J., Techricke vyuzitie Hallovych gcneratorov,
Elektrotech. Cas., 14, 1963, 5, 292.
422. Schilder J., Zvysenie napatovej citlivosti dvojsondy a jej
pouzitie pre meranie gradientu rovineho magnetRkeno pola, Elektro-
techn. Cas., 14, 1963, 6, 382.
423. S c h i 11 m a n n E., Uber Einbau und Wirkung von Fremd-
stoffen in Indiumarsenid, Zs. Naturforsch., Ila, 1956, 6, 463.
424. S chi 11m an n E., Der Hallgenerator — ein neuartiges Bau-
element der Elektrotechnik, Techn. Rundschau, —, 1957, 42, 9.
425. Schmidt A. J., Eine Hall — Generatoranordnung zur Mes-
sung kleiner Temperaturdifferenzen an Metallen, Zs. Naturforsch., 18a,
1963, 1, 37.
426. Schroder U., Das Oszillographieren von Drehstrom—
Leistungen mittels Hall — multiplikators, VDE, 20, 1958, —, 16.
427. Schwaibold E., Der Hall—Effekt und seine technische
Anwendung: 1. Grundlagen und Hallgeneratoren, ATM, V943—2, 1956,
246, 153.
428. Schwaibold E., Der Hall-Effekt und seine technische
Anwendung: II. Grundtypen und Anwendung zur Magnetfeldmessung,
ATM, V943—3, 1960, 296, 185.
429. Shearer J. L., Scher R. S., Reid K. N., jr., Second-gene-
ration Hall Generators, Control, 5, 1962, 48, 118.
430. S hirer D. L. Pulsing Hall Probes for Greater Output, Rev.
Sci. Instr., 31, 1960, 9, 1000.
431. Shockley W., Mason W. P., Dissected Amplifiers Using
Negative Resistance, J. Appl. Phys., 25, 1954, 5,.677.
432. Шокли В., Теория электронных полупроводников, Изд-во
иностр, лит., 1953.
433. Siebertz К., Henker Н., Dorendorf Н., Monostable,
Bistable Double Base Diode Circuit Utilizing Hall Effect to Perform
Switching Function, Патент США, № 3035183, 15.5.1962.
434. S i e к i e r sk i S., S tolar ski E., Przyrzqd do badania
tranzystorow mocy, PAK, 8, 1962, 9, 411.
435. Siemens Hall Generators for All Problems of Modern Elec-
tronic, Siemens — Katalog, 1959.
436. Sikorski S. (dane nieopublikowane).
437. Sikorski S., Bulk Photoelectromagnetic Effect in a Non —
homogeneous Semiconductor, Bull. Acad. Pol. Sci, Ser. Techn., 8,
1960, 7, 371.
438. Silverman J. H., Nonreciprocal Devices at Low Frequen-
cies, Electronics, 36, 1963, 8, 56.
332
439. Sima M, Statische und dynamische Magnetfeldmessurig,
ETZ—B, 14, 1962, 7, 175.
440. Simmons C. A., Influence of the Hall Effect upon the
Transverse Magnetoresistance in Indium Antimonide, J. Appl. Phys.,
32, 1961, 10, 1970.
441. Sisson E. D., Bell F. W„ «Hall-рак» Magnetcircuit Appli-
cations, Electr. Des. News, 8, 1963, 2, 38.
442. Slack G. A., Glassbrenner C, Thermal Conductivity
of Germanium from 3°K to 1 020° K, Phys. Rev., 120, 1960, 3, 782.
443. Smirous K, Vliv pHmesi na vlastnosti antimonidu india,
Ces. Cas. fys., 5, 1955, 3, 311.
444. S о г a С., H e i 1 e r A., Determinarea puterilor mici pe baza
efectului Hall, Electrotechnica, 9, 1961, 5, 160.
445. Star J., Hall-Effect Transducers, Instrum. Contr. Syst., 36,
1963, 4, 113.
446. StelleM. C., Glicksman M, Frequency Multiplier, Па-
патент США № 3010034, 21.11. 1961.
447. Stephenson L. M, Barlow H. E. M, Power Measure-
ment at 4 Ghz by the Application of the Hall Effect in a Semiconduc-
tor, Proc. IEE, 11060, 1959, 9, 27.
448. Stourac L, Trojelektrodove zapojeni germaniove sondy
pro mefeni magnetickych poli na zaklade jevu Hallova, Патент ЧССР,
№ 87844, 1955.
449. Stourac L., Smirous K-, Antimonid a arzenid india jako
material pro vyroby soucastek na principu Hallova ievu, Slaboproudy
Obzor, 23, 1962, 1, 26.
450. Strauss A. J., Harman T. C, Electrical Properties'of
CdxHgi-xTe Alloys, Bull. Amer. Soc. Phys., Ser. II, 7, 1961, 3, 203.
451. Strutt M. J. O, Neuere Anwendung des Halleffektes in
halbleitenden binaren Verbindungen, Scientia Electrica, 4, 1958, 3, 92.
452. Strutt M. J. O, Hall Effect in Semiconductor Compounds,
Electronic and Radio Engineer, 36, 1959, 1, 2.
453. Strutt M. J. O, Vorrichtung zur quadratischen Gleichrich-
tung eines elektrischen Stromes, Швейцарский патент, № 345951,
15.6.1960.
453a. Strutt M. J. O, von W i 11 i s e n F. K-, Messungen fiber
die Frequenzabhangigkeit des Gauss Effektes bei verschiedenen Halb-
leitern bis 2 000 MHz, Arch. Elektr. Ubertr., 15, 1961, 1, 25.
454. Strutt M. J. O., Sun S. P, Leistungsmessung und Leis-
tungsregulierung in Mehrphasennetzen mittels Halbleitern, Arch. f.
Elektrotechn, 42, 1955, 3, 155.
455. Strutt M. J. O, S u n S. F, Experimentelle und theoreti-
sche Untersuchung von Halbleiter Halleffektoszillatoren, Arch. f. elektr.
Ubertr, 11, 1957, 6, 261.
456. Stu ekes A. D, Thermal Conductivity of Indium Antimoni-
de, Phys. Rev, 107, 1957, 2, 427.
456a. Suits G. M, Schmitz W. D, Terhune R. W, Excess
Noise in InSb, J. Appl. Phys, 27, 1956, 11, 1385.
457. S u n S. F, Oscillators by Means of Magnetoresistance Effect,
Proc. IRE, 50, 1962, p. 6, 1, 1489.
458. Sun S. E, Stromkreis zur Kompensatiori der Temperatu-
ruahangigkeit von nach dem Gausseffekt arbeitenden Halbleitern,
Швейцарский патент № 368540, 13.05.59.
459. S u n S. F, Determination of the Thermal Time Constant of
on InSb Hall Element, Proc. IEEE, 51, 1963, 9, 1255.
333
460. Sun S. F„ Mangetoresistance: Better than Hall-Effect Multi-
pliers, Electronics, 37, 1964, 13, 66.
461. Sun S. F., Theory and Applications of a Three-dimensional
Multiplier by Means of Magnetoresistance, Solid-State Electronics, 7,
1964, 5, 363.
462. Sun S. F., Application of Magnetoresistance of InSb to
Mixer in Microwavy Range, Solid-State Electronits, 7, 1964, 5, 373.
463. S fl s s R., Schaltungsanordung zur Messung der magnetischen
Feldstarke, Патент ФРГ № 18996, 23.5.1960.
О
464. Szulce A., Miernik natezenia pola magnetycznego pracujQCy
na zadzie efektu Halla, PAK, 9, 1963, 10/11, 483.
465. Swiderski J., Zastosowanie zjawiska fotowoltaicznego do
badania jednorodnosci germanu, Arch. Elektrotechn., 10, 1961, 2, 441.
466. Swiderski J., Sikorski S., Majewski Z., Zastoso-
wanie objgtosciowego zjawiska fotowoltaicznego do badania germanu
о anomalnych wartosciach opornosci, Przeglad Elektroniki, 1, 1960,
2, 154.
467. T a u c L., M a t у a s M., Elektricke a thermoelktricke vlas-
nosti antimonidu india, Ces. Cas. fys., 5, 1955, 3, 297.
468. Те He gen B. D., The Gyrator, Phil. Res. Rep., 3, 1948, 81.
469. Thuy H. J., Der galvanomagnetische Verstarker, Arch, elektr.
Ubertr., 8, 1954, 5, 217 i 8, 1954, 6, 269.
470. Todd A. C., Van S с о у о s J. N., S c h u с к R. P., Inter-
modulation Distortion Meter Employing the Hall Effect, Trans. IRE,
AU-9, 1961, 44.
471. Torbicz W., Zastosowanie czujnikow Halla do energetycz-
nych zabezpleczen kierunkowych, Przegl. Elektrotechn., 38, 1962, 4, 155.
472. Tuszynski J., Wyniki badati krajowych czujnikow Halla,
PAK, 4, 1958, 10, 465.
473. Tuszynski J., Zjawisko Halla j jego zastosowanie w tech-
nice pomiarow i regulacji, Cz. I —Teoria, materialy i czujniki, cz II —
Zastosowania, PAK, 5, 1959, 4, 144; 5, 1959, 5, 193.
474. Tuszynski J. (dane nieopublikowane).
475. Tuszynski J., Koercjometr hallotronowy, Biul. Inform. IEI
18, 1964, 1, 1.
476. Tuszynski J., Hallotronowy miernik natezenia pola mag-
netycznego, Biul. Inform. IEI, 18, 1964, 1, 3.
477. Uhlir A. jr., The Potentials of Infinite Systems of Sources
and Numerical Solutions of Problems in Semiconductor Engineering,
Bell. Syst. Techn. J, 34, 1955, 105.
478. Valdes L. P., Resistivity Measurements on Germanium for
Transistors, Proc. IRE, 42, 1954, 420.
479. Vermot - Gaud J., Etude d’une application de 1’effet Hall
a la realization d’elements de circuits logiques, Annal. des Telecomm,
16, '1961, 5/6, 133.
480. Versois P., Magnetometre miniature a effet Hall La Na-
ture, —, .1955, 3247, 433.
481. Vierhmann W., Magnetometer Based on the Hall Effect,
Rev. Sci. Instr., 33, 1962, 5, 537.
482. Vol ger J., Note on the Hall Potential Across an Inhomo-
genous Conductor, Phys. Rev., 79, 1950, 1023.
483. Wagner W., Eine neue Methode zur Reststellung und
Ortung von Windungsschliissen bei Induktoren mit Hilfe von Hallson-
den, Elektrie, 18, 1964, 4, 110.
334
484. W a r s z a Z. L., Badanie wlasciwosci krajowych czujnikow
z germanu, Instytut Elektrotechniki, 1959, Warszawa.
485. Watanabe N., Hall Effect in N- and P-type Germanium
at 24 Gc, J. Phys. Soc., Jap, U'6, 1961, 10, 1979.
486. Weiss H, Uber die elektrischen Eigenschaften von InSb,
Zs. Naturforsch, 8a, 1953, 5, 463.
487. Weiss H, Uber die elektrischen Eigenschaften von Misch-
kristallen der Form In(AsyPi-y), Zs. Naturforsch, Ila, 1956, 6,
430.
488. Weiss H, Der riickgekoppelte Hall—Generator, Zs. Na-
turforsch, Illa, il956, 9, 684.
489. W e i s s H, Die magnetische Widerstandsanderung in In
As, Zs. Naturforsch, 12a, Г957, 1, 80.
489a. Weiss H, Thermospannung und Warmeleitung von
Ш—V Verbindungen und ihrem Mischkristallen, Ann. d. Physik, 4,
1959,111-5, 121.
490. Weiss H, Neuere Fortschritte auf dem Gebiet der halblei-
tenden III—V Verbindungen, Scientia Electronics, 6, I960, 4, 141.
491. Weiss H, Zur Messung von magnetischen Feldern mit
Hallgeneiatoren, Solid—State Electronics, 1, il960, 3, 225.
492. Weiss H, Galvanomagnetic Properties of InSb, J. Appl.
Phys. 32, 11961, Suppl. 10, 2064.
493. Weiss H, Field Disk and Field Plate — Two New Semicon-
ductor Devices, Colloque Inter, sur les dispositifs a semic., I, 1961,
745, Paris.
494. Weiss H, Der Hallgenerator und seine Anwendung, So-
lid —State Electronics, 7, 1964, 5, 279.
495. Weiss H, Welker H, Zur transversalen magnetischen
Widerstrandsanderung, Zs. Physik, 138, 1954, 3/4, 322.
496. Weiss H, Hieronymus H, Modulation von kleinen
Gleichspannungen und stromen mit Hilfe eines magnetisch gesteuerten
Widerstandes aus InSb, Solid State Electronics, 6, 1963, 463.
497. Welker H, Uber neue halbleitende Verbindungen, Zs. Na-
turforsch, 7a, 11952, 111, 744; 8a, 1953, 4, 248.
498. Welker-H., Neue Werkstoffe mit grossen Hall Effekt und
grosser Widerstandsanderung in Magnetfeld, ETZ—A, 76, 1955, 15,
513.
499. Welker H., Weiss H., Group III—group V Compounds,
Solid State Physics, Ed. f. Seitz, D. Turnbull, 3, 1956, 4, 1.
500. Whitlock W. S., H i 1 s u m C., Measurement of Ion Beam
Currents Using a Hall Effect Magnetometer, Nature, ’185, 1960, 302.
501. Whit self C. R., Righi-Leduc Effect in Mercuric Selenide,
J. Appl. Phys., 32, 4961, 40 Suppl., 2257.
502. Wick R., Solution of the Field Problem of the Germanium
Gyrator, J. Appl. Phys., 25, 1954, 6, 741.
503. Wieder H. H., Hall Effect Stroboscope and Noise Discri-
minator, Rev. Sci. Instrum., 33, 1962, 1, 64.
504. Wieder H. H. Sampling Magnetometer Based on the
Haji Effect, J. Appl. Phys., 33 (Suppl.), 1962, 3, 1278.
505. Wieder H. H., Properties and Device Applications of
Evaporated InSb Films, lEEEJnternat. Conv. Rec., 11, 1963, 3, 14.
506. Wieder H. H., Analog Division Based on the Hall Ef-
fect, Rev. Sci. Instrum., 34, 1963, 4, 422.
335
507. Wieder H. H., Clawson A. R., Stractor and Galvano-
magnetic Properties of Two-Phase Recrystallized InSb—In Layers, >
Solid—State Electronics, 8, 1965, 5, 467.
508. Wildhack W. A., Recording Potentiometer, Rev. Sci. Instr.,
25, 1954, 12, 1228.
509. Wildhack W. A., Gaussmeter, Rev. Sci. Instrum., 22,
1951, 8, 652.
910. Williams I. D., Denker S. P., A Fourier Analyser
Employing Halleffect Multiplication, Mass. Inst, of Technology, 1960,
И, см. также Electron. Industr., 20, 1961, 9, 108.
ЭН'. Wohlmuth H., Ein Magnetfeldmessgerat mit Hallgenera-
tor zum Messen magnetischer Gleichfelder, Siemens Zs., 32 1958,
4, 214.
512. Wood C., Tischler O., Schroder G. P., Reduction
of Misalignement Voltage in Hall Crystals, Rev. Sci. Instr., 32, 4961,
2, 209.
513. Wood C., Hall Effect Transducers, Control Engng, 8, 1961,
9, 138.
514. Wright D. A., Compound Semiconductors, Electronic
Engng, 31, 1959, 381, 659.
515. Zawicki I., Zastosowanie czlonow mnozQcych z piytkq
Halla w ukladach przetwornikow mocy, PAK, 9, 1963, 40/11, 488.
516. Van der Ziel A., Fluctuation Phenomena in Semiconduc-
tors, Butterworhts Sci. Publ. London, 1959.
517. Ziemke P. C., Magnetic Field Analysis in Cyclotron De-
sign, Power Engng, 64, 1960, 10, 51.
518. Zingery W. L., System lor the Precision Measurement
of Long-time Change of an Inhomogenous Magnetic Field, Rev. Sci.
Instr., 32, 19611, 6, 706.
Э19. Ziomecki H., Magnetometr z hallotronem do pomiaru ma-
lych pol magnetycznych, PAK, 9, 1963, 10/11, 486.
520. Zdanowicz L., Some Semiconducting Properties Thin
Evaporated Cd3 As2 Films, Phys. Status Solidi, 5, 1964,—, 153.
521. Zdanowicz W., Electrical Properties of Cd3As2, Proc. In-
tern. Conf. Semicond. Phys. Prague, 1960, 1095.
522. Zdanowicz W., Thermoelectric Properties of Cadmium
Arsenide—Cd3As2, Acta Phys. Polon., 20, 1961, 8, 647.
523. Zdanowicz W., Electric Properties of Copperdoped Cad-
mium Arsenide—(Cd3As2), Acta Phys. Polon., 21, 1962, 5, 541.
524. Авдуевский В., Беляев E., Краснопроши-
н а А., Использование эффекта Холла в технике, «Радио», —, 1961,
11, 18.
525. Александру Г., Василевская Д. П., Магнитометр,
основанный на эффекте Холла, работающий на переменном токе,
ПТЭ, 5, 1960, 2, 107.
526. А л е к с е е в а Г. Б., Мелешкина Л. Л., Применение
эффекта Холла для преобразования постоянного тока в переменный,
ПТЭ, 3, 1958, 2, 100.
527. Алексеева Г. Е., Мелешкина Л. Л., Температурнаи
зависимость полупроводниковых преобразователей, Научн. докл.
Высш, школы, «Радиотехника и электроника», 1958, 3, —.
528. Алексеева Г. Е., Мелешкина Л. Л., Соколов Я. С.,
Усилитель постоянного тока с датчиком Холла, Научн. докл. Высш,
школы, «Радиотехника и электроника», 1959, 2, 298.
336
529. А н д р е е в Б. С., Мазуров М. Е., П р у д н и к о в И. Н.,
Использование эффекта Холла дли исследования свойств сердечни-
ков из ферромагнитных материалов, «Измерительная техника», 6,
1961, 7, 36.
530. Ансельм А. И., Клячкин В. И., Кинетические про-
цессы в атомных полупроводниках при учете рассеяния электронов
на ионах примесей, ЖЭТФ, 22, 1952, 3, 297.
531. Баранский П. И., Природа объемно-градиентиой э. д. с.,
развивающейся в германии при наличии тока, ФТТ, 2, 1960, 3, 463.
532. Баранский П. И., Объемно-градиентные явлении и пре-
делы применимости зондового компенсационного метода измерении
электропроводимости полупроводников, ФТТ, 3, 1961, 3, 886.
533. Баранский П. И., Концентрационная зависимость тер-
мо-э. д. с. в п- и р-германии, ФТТ, 3, 1961, 6, 1786.
534. Баранский П. И., Дзюбенко Т. М., Конопля -
сова Н. С., Экспериментальное изучение объемно-градиентной
э. д. с., возникающей в германии при наличии тока, ФТТ, 3, 1961,
3, 867. \
535. Баранский П. И., Комухаей Э. И., Объемно-гра-
диентиая э. д. с. при наличии тока в германии, ЖТФ, 28, 1958, 9,
1896.
536. Басова К- Т., Термомагнитные эффекты и рассеяние
носителей тока в InSb, Изв. вузов, Физика, —, 1960, 6, 116.
537. Басс Э. И., Будкин В. В., Общие'соотношения для ре-
ле на датчиках Холла, реагирующих на две электрические величины,
«Электричество», 85, 1964, 3, 82.
538. Баширов Р. И., Циди л ь ковс кий И. М., Эффект
Нернста — Эттингсгаузена в германии, ЖТФ, 26, 1956, 10, 2195.
539. Берман Л. С., Использование эффекта Холла в полу-
проводниках для измерения электрической мощности, ЖТФ, 27,
1957, 6, 1192.
• 540. Берман Л. С., Райхмаи С. С., Хальфин 3. А.,
Балансный модулятор на эффекте Холла в полупроводниках, ЖТФ,
27, 1957, 6, 1597.
541. Блум А. М., Ре гель А. Р., Электрические свойства
твердых растворов селенида ртути и селена, ЖТФ, 27, 1951, —, 316.
542. Богомолов В. Н., Некоторые новые типы приборов на
полупроводниках, ЖТФ, 26, 1856, 3, 693.
543. Богомолов В. Н., Усилитель постоянного тока с пре-
образователем, основанным на эффекте изменения сопротивления
полупроводников в магнитном поле, ЖТФ, 26, 1956, 11, 2480.
544. Богомолов В. Н., Гальваномагнитные генераторы, ЖТФ,
27, 1957, 4, 663.
545. Богомолов В. Н., Механические модуляторы магнит-
ного поля и возможности измерения малых холловских подвижно-
стей, ФТТ, 1, 1959, 5, 829.
546. Богомолов В. Н., Бесконтактный автоматический по-
тенциометр постоянного тока с преобразователем, основанным на
эффекте Холла, «Автоматика и телемеханика», 21, 4960, 1, 135.
547. Богомолов В. Н., Устройства с датчиками Холла и
с датчиками магнитосопротивления. Госэнергоиздат, 1961,
548. Богомолов В. Н., Гальванометрический усилитель, Авт.
свид. СССР, № 153964, 18.6.1962,
?2—1401 337
549. Богомолов В. Н., Мясников В. А., Установка для
измерения эффекта Холла в полупроводниках, ЖТФ, 27, 1957, 6,
1209.
550. Б о г-о м о л о в В. Н., Мясников В. А., Применение дат-
чика Холла в качестве фазочувствительного выпрямителя, «Автома-
тика н телемеханика», 20, 1959, 6, 799.
551. Б о г о м о л о в В. Н., Николаенко Н. С., Федо-
тов В. П., Преобразователь постоянного тока в переменный, осно-
ванный на использовании эффекта Холла, ПТЭ, 4, 1959, 2, 134.
552. Богомолов В. Н., Сиротко В. К., Реле направления
мощности на основе эффекта Холла, ФТТ, 1, 1959, —, 1813.
553. Богомолов В. Н., Васильев В. Д., Опыт применения
линейного детектора на эффекте Холла для измерительных целей,
ЖТФ, 27, 1957, 2, 260.
554. Богуславский П. С., Устройство для анализа гармо-
ник переменного напряжения, Авт. свид. СССР, кл. 21е, 11/20,
№ 124985, 29.Г2Л959.
555. Б о к р и н с к а я А. А., С к о р и к Е. Т., Методы измерения
мощности в диапазоне сверхвысоких частот, Киев, 1962, Гостехиздат,
УССР, стр. 123—147; 156—157.
556. Болотин И. Б., Способ компенсации паразитной э. д. с.,
наведенной в цепях датчика э. д. с. Холла, Авт. свид. СССР,
№ 143908, 3.11.1960.
557. Болотин И. Б., Способ расположения датчика Холла
вблизи шин при измерении больших переменных токов, Авт. свид.
СССР, № 143498, 6.7.1961.
558. Болотин И. Б., Об измерении напряженности магнит-
ного поля датчиком Холла, ПТЭ, 7, 1961, 2, 147.
559. Болотин И. Б., Применение датчика Холла для осцил-
лографирования больших переменных токов при испытаниях комму-
тационной аппаратуры, «Электричество», 82, 1962, 1, 79.
660. Б о л о т о в'Б. В., Калюжный В. Ф., Триггерное устрой-
ство на датчике э. д. с. Холла, Авт. свид. СССР, № 157367.
561. Брач Б. Я., Жданова В. В., Лев Е. Я., Термоэлек-
трические свойства системы HgSe—HgTe. ФТТ, 3, 1961, 3, 786.
562. Будкин В. В., Д о р о г у н ц е в В. Г., Овчаренко Н. И.,
Реле направления мощности на основе гальваномагнитных эффек-
тов, Изв. вузов, «Энергетика», 5, 1962, 11, 24.
563. В а с и л ь ч е н к о Л. С., Сентурии а Л. Д., Сот-
с к о в Б. С., О точности датчиков, использующих эффект Холла,
«Автоматика и телемеханика», 20, 1959, 7, 939.
564. Василевская Д. П., Денисов Ю. Н.,' Магнитометр,
основанный на эффекте Холла, ПТЭ, 4, 1959, 3, 144.
564а. Василевская Д. П., Денисов Ю. Н., Прибор для
измерения радиальной и азимутальной компонент напряженности
постоянного магнитного поля, ПТЭ, 6, 1961, 194.
565. Василевский Ю. А., Применение датчиков Холла
в магнитных головках, «Автоматика и телемеханика», 21, 1960, 3,
402.
565а. Виткове кий Б. Ф., Соколова Е. А., Электронный
гауссметр тина ЭГ-1, основанный на использовании эффекта Холла.
Исследования в области магнитных измерений, ВНИИМ, 1963 72
(132), 94.
566. Вилья мяэ Г. X., Пермеаметр, Авт. свид. СССР, кл. 21е,
12, 21е, 3710, № 133114, 18.3.1960.
338
567. ВбенкОвД. Д., Методы повышения стабильности урав-
новешивания датчиков Холла, ЖТФ, 28, 1958, 10, 2248.
568. Воейков Д. Д., Компенсационный магнитометр с термо*
статированным датчиком Холла, ПТЭ, 4, 1959, 4, 100.
569. Володковский С. А., М а г и д с о н В. Н., Чуднов-
скнй В. Ю., О компенсации помех в пленочных датчиках э. д. с.
Холла, Изв. вузов, «Электромеханика», 3, 1960, 7, 88.
570. Володковский С. А., Магидсон В. В., Применение
датчиков Холла для постройки дополнительных полюсов машин
постоянного тока. Изв. вузов, «Электромеханика», 4, 1961, 11, 82.
571. Волокобинская Н. И., Галаванов В. В., Насле-
д о в Д. Н., Электрические и гальваномагнитные свойства InSb вы-
сокой чистоты, ФТТ, 1, 195.9, 5, 755.
572. Волошин И. Ф., Об управлении температурной характе-
ристикой элемента Холла из InSb, ИФЖ, 2, 1959, 7, 100.
573. Гавриловский Б. В., Караджев К. В., Кис-
лов А. Я-, Импульсный перемножитель на эффекте Холла для ана-
лиза заряженных частиц, ПТЭ, 7, 1962, 1, 30.
574. Галаванов В. В., О вольтовой чувствительности датчи-
ков э. д. с. Холла, ФТТ, 2, 1960, 1, 62.
575. Гашимзаде Ф. М., К е с а м а н л ы Ф. П., Исследования
зависимости эффективной массы электронов в п-InAs от концент-
рации носителей тока, ФТТ, 3, 1961, 4, 1255.
576. Голдовский М. Л., Глотов В. Г., О возможности
использования эффекта Холла в полупроводниковых датчиках для
магнитной дефектоскопии, Труды Института физики металлов АН
СССР, 1959, 21, 109.
577. Городецкий А. Ф., Мельник Б. Г., МельннкИ. Г.,
Метод создания омического контакта с кремнием, ФТТ, 1, 1959,
1, 173.
578. Гульденбальк А. П., Применение эффекта Холла для
исследования электромагнитных процессов в электрических цепях,
Изв. вузов, «Электротехника», 2, 1959, 5, 24.
579. Демиденко 3. А., Т о л п ы г о К- Б., Явление инъекции
при прохождении тока через неоднородный полупрЬводник, ФТТ,
2, 1960, 11, 2753.
580. Добровольский В. Н., Фотохолловский эффект и фо-
топроводимость в магнитном поле, ФТТ, 4, 1962, 2, 329.
581. Д о р о г у н ц е в В. И., Овчаренко Н. И., Некоторые
вопросы выполнения реле направления мощности на основе эффекта;
Холла, «Электричество», 81, 1961, 9, 57.
582. Д о р й'г у н ц е в В. Г., Овчаренко Н. И., Реле на-
правления мощности на эффекте Холла, «Электрические станции»,.
32, 1961, 12, —.
583. Душин Е. М., Вторичный преобразователь для термомет-
ра сопротивления, Изв. вузов, «Приборостроение», 2, 1959, 13.
584. Елпатьевская О. Д., О механизме образования тон-
ких слоев селенида и теллурида ртути, ЖТФ, 28, 1958, 12, 2669..
585. Елпатьевская О. Д., Электрические свойства тонких,
пленок системы HgSe—HgTe, ЖТФ, 28, 1958, 12, 2676.
586. Елпатьевская О. Д., Матус И. А., Перчу к В. А.,.
ОсциллоГрафированпе электромагнитного момента электрических,
машин переменного тока с помощью пленочных датчиков э. д. с..
Холла, ЖТФ, 28, 1958, 9, 2019.
22* 339>
§87 . Елпатьевская О. Д., Матус Й. А., Дер чу к В. А.,
Осциллографирование электромагнитного момента электрических ма-
шин переменного тока с помощью датчиков э. д. с. Холла, «Электри-
чество», 79, 1959, 2, 48.
588. Е л п ат ь е в с к а я О. Д., Пер чу к В. А., Осциллогра-
фирование электромагнитного момента электродвигателя постоянно-
го тока с помощью пленочных датчиков э. д. с. Холла, ЖТФ, 27,
1957, 7, 1595.
589. Елпатьевская О. Д., Перчу к В. А., Осциллографн-
рование электромагнитного момента в электрических машинах по-
стоянного тока с помощью эффекта Холла в полупроводниках,
«Электричество», 78, 1958, 7, 31.
590. Елпатьевская О. Д., Р е г е л ь А. Р., Некоторые осо-
бенности электрических свойств пленок HgSe—HgTe, ЖТФ, 27, 1957,
1, 45.
591. Елпатьевская О. Д., Регель А: П., О некоторых
возможностях измерения напряженности магнитного поля пленоч-
ными датчиками э. д. с. Холла, изготовленными из HgSe, HgTe и
их твердых растворов, ЖТФ, 26, 1956, 11, 2432.
592. Емельяненко О. В., Зотова Н. В., Насле-
д о в Д. Н., Термомагнитные эффекты Нернста—Эттингсгаузена
в арсениде индия, ФТТ, 1, 1959, 12, 1868.
593. Емельяненко О. В., Кесаманлы Ф. П., Насле-
д о в Д. Н., Термомагнитные эффекты Нернста—Эттингсгаузена
в вырожденном антимониде индия, ФТТ, 4, 1962, 2, 546.
594. Жузе В. П., Технические применения эффекта Холла,
Полупроводники в науке и технике, т. 1, изд-во АН СССР, 1957.
595. Ж у з е В. П., Николаева С. Н., Метод измерения
эффекта Холла в полупроводниках, ЖТФ, 23, 1953, 5, 913.
596. Ж у з е В. П., Регель А. Р., Технические применения
эффекта Холла, Ленинградский дом научно-технической пропаганды,
1957.
597. Ж у з е В. П., Ци д н л ь к о в с к и й И. М., Термомагнит-
ные эффекты в InSb, ЖТФ, 28, 1958, 11, 2372.
598. Журавлева Т. С., Вторичный эффект Холла. Изв. ву-
зов, «Электромеханика», —, 1959, 12, —.
599. Зайцев М. П., Розов И. А., Об использовании эффекта
Холла при изучении процессов контактной сварки, «Вестник элек-
тропромышленности», 29, 1958, 5, 53.
600. Захаров Ю. С., Экспериментальное исследование реак-
ции якоря в машинах постоянного тока с постоянными магнитами
при помощи полупроводниковых датчиков э. д. с. Холла, «Вестник
электропромышленности», 30, 1959, 5, 72.
601. Зельдович М. И., Разработка датчиков магнитного
поля с использованием эффекта Холла, отчет, Радиотехническая Ла-
боратория АН СССР. 1956 (по [Л. 596]).
602. Зотова Н. В., Наследов Д. Н., Генераторы Холла
из арсенида индия для измерения напряженности магнитного поля,
ФТТ., 1, 1959, —, 1690.
Ч/ 603. Илюкович А. М., Эффект Холла и его применение в из-
мерительной технике, «Измерительная техника», 5, 1960, 7, 52.
604. Калмыков А. П., Приспособление для осуществления
пайки датчиков Холла, Авт. свид. СССР кл. 49, 30, № 121648,
5.8.1959.
340
605. Кандалов В. И., Польски Ю. Ё., Прибор для изме-
рения э. д. с. Холла с непосредственным определением знака но-
сителей зарядов, ПТЭ, 8, 1963, 6, 162.
606. Карамышева А. Ф., Датчики э. д. с. Холла на основе
мышьяковистого индия, «Вестник электропромышленности», 33, 1962,
1, 59.
607. Карамышева А. Ф., Самвелян С. М., Исследование
датчиков э. д. с. Холла на основе германия, «Вестник электропро-
мышленности», 32, 1961, 4, 61.
608. Кол тик Е. Д., Устройство для индикации 90° сдвига
фаз, Авт. свид. СССР № 139010, —.
609. К о л т и к Е. Д., Новое применение эффекта Холла в полу-
проводниках, «Приборостроение», 7, 1963, 4, 4.
610. Коновалов О. М., Болховитинов Ю. Б., Кли-
менко А. Г., Прибор для измерения э. д. с. Холла на переменных
электрическом и магнитном полях., ПТЭ, 7, 1962, 5, 169.
611. Кононенко Г. И., Выставка японских приборов, «При-
боростроение», 7, 1963, 11, 28.
612. Кончин И. К., Эффект асимметрии электродов и его
использование в полупроводниковой технике, «Электричество», 82,
1962, 10; 84, 1964, 4, 61.
613. Кот М. В., Марончук Ю. Е., Зависимость электриче-
ских свойств тонких слоев теллурида ртути от толщины, Труды по
физ. полупр. Кишиневского университета, 1962, 1, 77.
614. Кот М. В., Марончук Ю. Е., Электрические, оптиче-
ские и фотоэлектрические свойства системы CdTe—HgTe, Труды
по физ. полупр. Кишиневского университета, 1962, 1, 131.
615. Кот М. В., М ш е н с к и й В. А., Зависимость электриче-
ских свойств тонких слоев селенида ртути от толщины, Труды по
физ. полупр. Кишиневского университета, 1962, 1, 70.
616. Котосонов Н. В., Аверкин Ю. А., Фогель-
сон Р. Л., Датчик Холла как индикатор мощности с. в.ч., «Измери-
тельная техника», 7, 1962, 7, 37.
617. Кузьмин В. Н., Камашев Ю. М., Применение дат-
чиков э. д. с. Холла для измерения динамики магнитных полей рас-
сеяния в импульсных ускорителях. Изв. вузов, «Физика», 1959, 4,
149.
618. Куркин Ю. Л., Куркина Н. С., Моцонашви-
л и Р. Д., Прибор для измерения напряженности импульсных маг-
нитных полей, ПТЭ, 5, 1960, 6, 122.
619. Куров Г. А., Пинскер, Исследование тонких пленок,
полученных путем испарения сурьмянистого индия в вакууме,
ЖТФ, 28, 1959,'10, 2130.
620. Лифанов В. А., Д о р м А. Т., Исследование комму-
тационной реакции якоря в машинах постоянного тока с помощью
датчиков Холла, Изв. вузов, «Электромеханика», 4, 1961, 3, 109.
621. Лифанов В. А., Дорм А. Г., Устройство для реги-
страции угла 0 синхронных электрических машин, Авт. свид. СССР
№ 155868, 15.2.1962.
622. Лифанов В. А., Дорм А. Г., Применение датчиков
Холла для измерения роторного угла синхронных машин, «Вестник
электропромышленности», 34, 1963, 2, 62.
623. Лукашев В. Н., Чувствительный магнитометр с урав-
новешенной катушкой, ПТЭ, 6, 1961, 1, 149.
341
624. Любченко Г. И., Прибор с висмутовым датчиком ДЛЯ
измерения магнитной индукции с использованием эффекта Гаусса,
«Вопросы магн. изм.», Киев, 1961, Изд-во АН УССР, 107—НО.
625. Ма Чан-Гу й, Реле направления тока на эффекте Холла
со стабилизацией поляризующего напряжения. Изв. вузов, «Энерге-
тика», 6, 1963, 5, 26.
626. М а Ч а п - Г у й, Трехфазиое реле направления тока и
мощности иа эффекте Холла со стабилизацией поляризующего на-
пряжения, Изв. вузов, «Энергетика», 6, 1963, 11,7.
627. Магидсон В. В., Менделеев И. С., Чудно-в-
ский В. Ю., Применение датчиков Холла для измерения парамет-
ров коммутирующего поля машин постоянного тока, Изв. вузов,
«Электромеханика», 4, 1961, 3, 102.
628. Магидсон В. В., Чудновский В. Ю., Способ ком-
пенсации паразитного сигнала в цепи электродов датчика Холла,
Авт. свид. СССР, № 133113, 1960.
629. Магидсон В. В., Осциллографирование коммутации
крупных машин постоянного тока с помощью датчиков Холла, Изв.
вузов, «Электромеханика», 5, 1962, 5, 576.
630. Мазуров М. Е., Прудников И. Н., Измерение по-
стоянных и переменных токов с помощью эффекта Холла, «Измери-
тельная техника», 5, I960, 7, 45.
631. Мазуров М. Е., П р у д н и к о в И. Н., Перемножитель
электрических токов и напряжений, основанный па эффекте Холла.
ПТЭ, 9, 1964, 1, 124.
632. М е е р о в и ч Е. А., Андреевская Л. И., Арабе-
ля н А. Н., Способ температурной стабилизации пятиэлектродного
датчика Холла, Авт. свид. СССР № 147674, 18.9.1961.
633. Мясников В. А., Анализ работы схем па датчиках Хол-
ла, Изв. вузов, «Электромеханика», 4, 1961, 10, 47.
634. Мясников В. А., Устройство для измерения электромаг-
нитного момента в асинхронных электрических машинах, Авт. свид.
СССР № 117788, 4.8.1958; № 120871, 27.10.1958.
635. Мясников В. А., Способ измерения вращающего момен-
та электрических машин, Авт. свид. СССР № 124524, 16.2.1959.
636. Мясников В. А., Б е л я е в Е. Н., Устройство для деле-
ния величин, Авт. свид. СССР, № 118662, 22.9.1958.
637. Мясников В. А., С а б и п и н Ю. А., Беляев Е. Н.,
Устройство для измерения электромагнитного момента в асинхрон-
ных электрических машинах, Авт. свид. СССР № 117748, 21.6.1958.
638. Найденов А: И., Гармонический анализатор кривых,
заданных в графической форме, Авт. свид. СССР № 132767, 7.12.1959.
639. Наследов Д. ,Д., Халилов А. Ю., Электрические
свойства InSb и InAs, ЖТФ, 26, 1956, 1, 6 и 2, 251.
640. Наследов Д. Н., Зотова Н. В., Прибор для измере-
ния постоянных токов до 40 ка, «Электричество», 82, 1961, 3, 70.
641. Никитин П. Г., Ю ш м а п о в а Ю. П., Применение вис-
мутовых спиралей и датчиков Холла для измерения напряженности
магнитного поля, Изв. вузов, «Энергетика», 2, 1959, 3, 59.
642. Никольская Е. И., Регель А. Р., Некоторые элек-
трические характеристики твердых растворов, ЖТФ, 28, 1955, 8,
1352.
643. Новикова С. И., Стрелков П. Г., Тепловое расши-
рение кремния при низких температурах, ФТТ, 1, 1959, 12, 1841.
342
644. О в ч а р е н к о И. И., Гальваномагнитный усилитель по-
стоянного напряжения, ПТЭ, 7, 1962, 3, 107.
645. О р л о в а Н. С., Тучкевич В. М., Зависимость коэф-
фициента Холла от напряженности магнитного поля в кремнии,
ФТТ, 1, 1959, 10, 1631.
646. Павлов В. В., Измерительные усилители постоянного
тока на полупроводниковых триодах, «Измерительная техника», 6,
1961, 3, 35.
647. П е к к е р И. И., Ж у р а в л е в а Т. С., Применение диффе-
ренциальной схемы включения полупроводниковых датчиков э. д. с.
Холла для промышленного контроля постоянных магнитов, Изв.
вузов, «Электромеханика», 1, 1958, 10, 151.
648. Пеккер И. И., Дифференциальный пермеаметр, Авт. свид.
СССР, кл. 21е, 12, № 131407.
649. Перельман Л. С., Устройство для измерения активных
и реактивных сопротивлений и проводимостей комплектной нагруз-
ки, Авт. свид. СССР, кл. 21е, 2901; 21е, 3610 № 128076 и № 130576.
650. Пи кус Г. Е., Сорокин О. В., Новый метод измерения
напряженности магнитного поля, ЖТФ, 27, 1957, 11, 2647.
651. Пинск ер А. П., Применение полупроводниковых гене-
раторов Холла в автоматике, Киев, 1961, Гостехиздат УССР.
652. Прудников И. Н„ Баланов А. Т., Калябе-
к о в В. А., Устройство для измерения отклонения амплитуды пере-
менного напряжения любой формы от номинального значения, Авт.
свид. СССР №.140902, 7.3.1961.
653. Прудников И. Н., Мазуров П. Е., О некоторых
особенностях перемножения сигналов на датчиках э. д. с. Холла,
Труды Иист. связи, 1961, 1
654. Прудников И. Н., Мазуров М. Е., Измерительное
устройство, основанное на использовании эффекта Холла, Авт.
свид. СССР, № 136818, 25.3.1961..
655. Розов М. А., Зайцев М. Н., Устройство для измерения
активной мощности импульса сварочного тока, Авт. свид. СССР,
№ 132350, 9.2.1960.
656. Сабинин Ю. А., Мясников В. А., Исследование
распределения магнитного поля и определение электромагнитных
моментов в электрических машинах при помощи датчиков Холла,
«Электричество», 79, 1959, 2, 44.
657. С а б и н и н Ю. А., Мясников В. А., Устройство для
измерения и осциллографирования скольжения асинхронных машин
в статических и переходных режимах работы, «Вестник электропро-
мышленности», 31, 1960, 4, 39.
658. Салех М. X., О принципиальных возможностях и целе-
сообразности применения эффекта магнитосопротивления в релей-
ной защите, Изв. вузов, «Энергетика», 6, 1953, 6, 17.
659. Савенко В. Т., Применение эффекта Холла в технике
связи, 1963, Связьиздат, 112.
660. Сергеева В. М., Штурм Е. Л., Очистка индия и полу-
чение соединения InSb с большой подвижностью электронов, ЖТФ,
27, 1957, 12, 2698.
661. Серков В. В., По поводу статьи Д. Д. Воейкова «Ме-
тоды повышения стабильности уравновешивания датчиков Холла»,
ФТТ, 3, 1961, 4, 1253.
343
662. Серков В. В., Измерение больших постоянных токов ин-
тегрирующим контуром, основанным на эффекте Холла, ПТЭ, 7,
1962, 1, 124.
663. Серков В. В., Эффект дополнительного изменения сопро-
тивления полупроводников в магнитном поле, вызванного/вторичной
э. д. с. Холла, «Автоматика и телемеханика», 23, 1962, 3, 383.
664. Сирота И. М., Реле на основе эффекта Холла, «Вестник
электропромышленности», 29, 1958, 9, 9.
665. Сирота И. М., Гальваномагнитные реле направленного-
действия, «Электричество»', 79, 1959, 4, 38.
666. С и р о т к о В. К., Релейные защиты на основе эффекта
Холла, «Электричество», 78, 1958, 11, 69.
667. Стенании А. А., Белоусов В. М., Фазометр, Авт.
свид. СССР № 153513, 17.5.1962.
668. Стильба нс Л. С., Гальваномагнитные явления, Полу-
проводники в науке и технике, т. 1. Изд-во АН СССР, 1957, 133.
669. Страхов Л. Б., Ш а н ь - Ц з е Т., Прибор для измерения
магнитной восприимчивости, ПТЭ, 8, 1963, 2, 145.
670. С у б а ш и е в В. К., Д р у з'ь я к Н. П., Милливольтметр
с датчиком Холла, ПТЭ, 6, 1961, 2, 125.
671. Сунь Су-Фо, Измерение мощности посредством полу-
проводниковых приборов, 1958, Госэнергоиздат.
672. Суханов, Генераторы Холла из 4InAs-InP, Изв. АН
Турки. ССР, Серия Физ. тех. и хим. наук, 1963, 4, 9.
673. Таранов С. Г., Февра лева Н. С., Измеритель маг-
И ннтной индукции, основанный на эффекте Холла, «Измерительная
техника», 5, 1960, 2, 33.
674. Таранов С. Е., Расчет схем компенсации погрешностей
датчиков Холла. «Вопр. магн. изм.», Киев, 1961, Изд-во АН УССР, 38.
675. Таранов С. Т., Применение мышьяковистого индия для
датчиков Холла, Вопр. магн. изм., Изд-во АН УССР, 58, Киев,
1961.
676. Тов ст юк К- Д-, Г а в а л е ш к о Н. П., РаренкоИ. М.,
Гальваномагнитные и термомагнитные эффекты в HgTe, Изв. АН
СССР, Серия Физ., 28, 1964, 6, 1048.
677. Ф е в р а л е в а Н. Е., Использование эффекта Холла в гер-
мании для измерения магнитного потока, «Вопр. магн. изм.» Изд-во
АН УССР, Киев, 1959.
678. Ф е в р а л е в а Н. Е., Применение эффекта Холла для из-
мерения напряженности поля при испытании постоянных магнитов,
«Вопр. магн. изм.», Киев, 1961, 53.
679. Ф е в р а л е в а Н. Е., Таранов С. Т., Применение эффекта
Холла для определения коэрцитивной силы магиитиомягких мате-
риалов, «Вопр. магн. изм.», Киев, 1961, 102.
680. Фигурнов Е. П., Температурная компенсация датчи-
ков э. д. с. Холла. Изв. вузов, «Электромеханика», 6, 1963, 5, 605.
681. Фигурнов Е. П., Расчет цепей с датчиками Холла, Изв.
вузов, «Электромеханика», 6, 1963, 12, 1338.
682. Фогельсон Р. Л., Котосонов Н. В., Прибор для
измерения напряженности магнитного поля, «Измерительная техни-
ка», 8, 1963, 6, 41.
683. Френкель Д., Стойка В., Телеизмерение кажущейся
мощности датчиков Холла, «Измерительная техника», 5, I960, 12,3Q.
34<
684. Хом ерики О. К'., Деканосидзе 3. П., Устройство
для учета электрической энергии, Авт. свид. СССР № 134302,
16.3.1960.
685. Цесиак Л., Гармонический анализ поля синхронной ма-
шины с помощью датчика Холла, Изв. вузов, «Электромеханика»,
3, 1960, 5, 10.
686. Цидильковский И. М., Эффект Нернста — Эттингс-
гаузеиа в сильных магнитных полях, ЖТФ, 27, 1957, 1, 12.
687. Цидильковский И. М., Эффект Нериста — Эттииг-
сгаузена в теллуриде ртути, ЖТФ, 27, 1957, 8, 1744.
688. Шнейдер А. Д„ Гавриша к И. В., Исследование
электрических свойств дырочных полупроводников системы HgTe—
CdTe, ФТТ, 5, 1963, 4, 1208.
689. Ю Г е - Ф е й, Схемы измерения мощности в трехфазных
цепях переменного тока, основанные на эффекте Холла, Аста
IMEKO, 1961, 5, 180.
690. А г 11 G., Efficiency and Linearity of Multicontact Hall
Plates, Intern. Solid—State Circuits Conf. Philadelphia, 1961, Febr.
691. Baader A., Siemens-Halbleiter-Bauelemente, Siemens Zs.,.
35, il 901, 4, 275.
692. Berglund S., Nygren P., Westerlund S. A., A Hall
Effect Multiplier for Pulsed Operation, J. Sci. Instr., 41, 1964, 12, 751.
693. Brendler W., Eine neue tragbare Wandler-Messeinrichtung
mit direkter Fehleranzeige nach dem Differenzverfahren, Deutsche
Elektrotechnik, 11, 1957, 7, 333.
694. Brophy J. J„ But trey J. W., Hall Effect Probe, Патент
США, № 2914728, 24.11.1959.
695. Brunner J., Lohrbach W., Winkelschrittgeber mit Hall-
generatoren, Siements Zs., 38, 1964, 9, 673.
696. Burckhardt С. B., Strutt M. J. O., Determination of
the Magnetic Resistance Change and the Hall Potential by Means of
a Resistance Network, Zs. Naturforsch, 18a, 1962, 1, 44.
697. Burckhardt C. B„ Strutt M. J. O., Die Frequenzabhan-
gigkeit der magnetischen Widerstandsanderung einer Corbinoscheibe,
Scientia Electrica, 9, 1963, 1, 33.
698. Carter W., Flux Measurements in Magnetic Air Circuit
Breaker Interrupters, A.IEE Trans., Ill, 1955, 74, 1062.
699. Carter S. P., Brushless D—C Motor Uses Hall — Effect
Devices, Tunnel-diode and Semiconductor circuits, 1963, McGraw-
Hill Book Co. Inc., N.—Y, Toronto, London.
700. Champlin K- S., Hall Field Relaxation in Semiconductors
at High Frequency, J. Appl. Phys., 31, 1960, 10, 1770.
701. Clark L., Woods J., A Method of Applying Ohmic Con-
tacts to Cadmium Sulphide Crystals for Hall Measurements, J. Sci.
Instr., 42, 1965, 1, 51.
702. Cox C. D., An A. C.,Hall Effect Gaussmeter, J. Sci. Instrum.,
41,1964,11,690.
703. Crooks R. K., Hall and Magnetoresistance Effects and
Their Application, Batelle Techn. Rev., 9, 1960, 5, 9.
704. Engel W., К r e s t e 1 E., Wenk J., Femzahlung mit Hall-
generator-Impulsgeberzahlern, Siemens Zs., 38, 1964, 12, 904.
706. Engel W., К r e s t e 1 E., Wenk J., Riickwirkungsfreie La-
gemeldung mit galvanomagnetischem Geber und elektronischem
Impulsformer, ETZ—A, 86, 1965, 2, 52.
345
7fi6. Fay L Ё., Electrode Effects in Hall Generators, Elechd-
’Technol., 70, 1962, 10, 12.
707. Glicksman M., Hall-Effect Type Device with Reversal t
of Sign of Hall — Effect Voltage, Патент США, № 3011070, 28.11.61.
708. Goryczka L., Neue Wege bei der Fernzahlung, Siemens
Zs., 37, 1963, 3, 142.
709. Gos W., Messung parasitarer Fliisse, ATM, 1964, 342, 145,
V392—3.
710. Hamer а к К., Der Hall-Effekt, Physikalische Deutung und
tdchnische Verwertung im Hallwandler zu Automatisierungsaufgaben,
Automatik, 8, 1963, 3, 107.
711. H i e г о n у m u s H-, Elektrische Messgerate fur inbesondere
Schwache magnetische Felder, Патент ФРГ, kl. 21e, 12(GOlr),
№ 1106410, 11.1.1962.
712. Hua n-C i-Szen, U Cy-cjan, Tian Czun-jun, Elec-
trical Conductivity Hall Effect and Magnetoresistance Effect of InSb
under Temperatures 80—500° K, Acta Physica Sinica, 20, 1964, 5, 418.
713. Keller H. B., Precision Measurements of Magnetic Induc-
tion with Bismuth Wire, Report JJCRL—2249, 1953, June 9.
714. Keller E. A., The Hall Compass. Proc. Nat. Electronic
Conf., 18, 1962, 753.
715. Ko bus A., Die Sekundarasymmetrie in Germanium-Hall-
Generatoren, 8 Intern. Kolloquium Tech. Hochschule, Ilnienau, 1963.
716. Rebus A., T u s z у n s к i J., Hallotrony i ich zastosowanie,
WNT, Warszawa, 1963.
717. Kohout F., Weiss I., Kontaktlose Impulsgabe mit Hall-
Generatoren, Monatsber. DAW, Berlin, 4, 1962, 7, 411.
718. Kuhn L., Vyuziti Hallova jevu pfi mereni chveni, Патент
ЧССР, № 94674, kl. 42 к, 33, 10.3.1958.
719. Kuhrt F., Hallspannungserzeuger, Патент ФРГ, № 1087268,
9.2.1961; kl. 21e, 28/01.
720. Kuhrt F., Strommessgerat unter Ausnutzung des-Hallef-
fekts, Патент ФРГ, № 1148325, 31.8.63, kl. 21e, 36/01 (GO1 r).
721. Kuhrt F., Maaz K-, Verfahren zur Herstellung eines Hall-
spannungserzeuger, Патент ФРГ № 1083924, 7.1.56, kl. 21e, 28/01.
722. Ley B. J., C h a r m a t z E. W., Magnetic Flux Density Measu-
rements in Rotating Machine, AIEE Trans. Cz., 1, 74, 1955, 525.
723. Li ppm a nn H. J., Kuhrt F„ Einfluss der Geometrie auf
Hall Effekt und magnetischen Widerstandeffekt bei rechteckformigen
Halbleiterproblem, Naturwissenschaften, 45, 1958, 156.
724. Lubell M. S., Chandrasekhar B. S., Wide Range
Magnetic Field Measurements at 4,2° K, Rev. Sci. Instrum., 35, 1964,
7, 906.
725. N a I g c z M., Wyniki niektdrych prac nad zastosowaniem
zjawiska Halla w technice, Prace Instytutu Automatyki PAN, —,
1964, 8.
726. P a t a j K-, Otrzymywanie i wlasnosci elektryczne arsenku
indu, Prace PIEL, 5, 1964, 2, 143.
727. Pauw L. J. v. d., An Analysis of the Circuit of Dauphinee
and Mooser for Measuring Resistivity and Hall Constant, Rev. Sci.
Instrum., 31, 1960, 11, 1189.
728. Russel B. R., W a h 1 i g C., A New Method for the Measu-
rement of Hall Coefficients, Rev. Sci. Instrum., 21, 1959, 12, 1028.
346
729. Rzewuski H., Werner Z., New Double — frequency Met-
hod for Hall Coefficient Measurements, Rev. Sci. Instr., 36, 1965,
2, 235.
1 730. S h i f f m a n n C. A., Microsize Magnetic Field Probes with
I Axial Symmetry, Rev. Sci. Instrum., 33, 1962, 2, 206.
I 731. Silverman D., Heid K., Industrial Applications of Hall-
i effect Devices, IEEE Trans. I. E—10, 1963, 1 May, 68.
732. Strutt M. J. O., Sun $. F., Multiphase Wattmeters Based
on the Magnetoresistance of Semiconductors, IRE Trans, on Instru-
mentation, I—110, 1961, June 44.
; 733. Sun S. F., Magnetoresistance of InSb at a Microwave Fre-
. quency, J. Appl. Phys., 35, 1964, 1, 211.
f 734. S u n S. F., Leistungsmessung im Mikrowellenbereich mittels
Gauss-Effekt von InSb — NiSb, Arch. Elektr. Ubertr., 18, 1964, 11, 662.
735. W a r s z a L. Z., Niektore zagadnienia zwiqzane z zastosowa-
| niew haliotronow w technice pomiarowej, PAK, 10, 1964, 9, 408.
736. Weiss H„ Modulation kleiner Gleichspannungen mit Wider-
standsanderung im Magnetfeld, Phys. Verhandl., 8, 1962, 364.
737. Weiss FL, H i n i P., Halbleiteranordnung die auf der Aus-
nutzung des magnetischen Widerstandseffektes beruht, Патент ФРГ
№ 1118330, 14.6.62, kl. 21c, 54/05.
Ь 738. Weiss H., W i 1 h e i m i M., Indiumantimonid mit gerichtet
eingebauten elektrisch gut leitenden Einschlussen: System InSb—NiSb,
Z. Phys., 176, 1963, 399.
739. Wieder H. H., Square-Root Computer Uses Hall Multiplier,
r Electronics, 7, 1964, 4, 30.
740. Wiley С. M., Navy Tries Solid-state Compass., Electronics,
s 7, 1964, 7, 57.
t 741. Witowski Z., Przekladniki prqdu stalego na zasadzie efek-
tu Halla, Informacje dla Odbiorcow Zakladow im. Q. Dymitrowa,
t Warszawa, 1963, sierpien, s. 37.
J 742. Аг ал а рз а де П. С., Семилетов С. А., Датчики э. д. с.
ч Холла на основе тонких пленок сурьмянистого индия, ПТЭ, 9, 1964,
3,131.
743. Блажкевич Б. И., Рожанковский Р. В., Моделиро-
вание электрического поля в датчиках Холла на проводящей бумаге,
«Автоматический контроль и измерительная техника», вып. 8,
» стр. 36, «Наукова думка», Киев, 1964.
744. Гончаровский В. Н. и др., Измерительный преобразо-
ватель для дифференциальных трансформаторных датчиков, «Авто-
матический контроль и измерительная техника», 8, 1964, стр. 161.
745. Данильчев В. А. и др., Магнитосопротивление для изме-
рения поля при гелиевых температурах, ПТЭ, 8, 1963, 5, 221.
/ 746. Дорошевич М. М., Эквивалентная схема замещения дат-
чика. Изв. вузов, «Энергетика», 7, 4964, 12, 24.
747. Дудка А. П., Измерение толщины ферромагнитных мате-
- риалов датчиками Холла, «Заводская лаборатория», 30, 1964, 5, 618.
748. К а р а м ы ш е в а А. Ф., Крутя ко в а М. Г., Пленочные
генераторы Холла из арсенида индия, «Электротехника», 35, 1964,
11, 44.
749. Касьян В. А., Кот М. В., О влиянии структуры слоя на
величину подвижности носителей тока в пленках антимонида индия,
Изв. АН СССР, сер. 28, 1964, 6, 993.
750. Кобзев В. В., Умножение напряжений с помощью датчи-
ков Холла, «Электросвязь», 14, 1960, 3, 9.
347
751. Лихтер А. И., Зависимость эффекта Холла от давления
для р-гермаиия с удельным сопротивлением 50 ом-см, ФТТ, 1, 1959,
—, 895.
752. Лихтер А. И., Дьяконова Т. С., Измерение зависимо-
сти эффекта Холла в германии п-типа от давления до 10 000 кг!смг,
ФТТ, 1, 1959, 1, 95.
753. Непокрытый Я. Ф., Устройство для определения коэр-
цитивной силы постоянных магнитов, Исслед. схем и аппар. для
магн. и электр. измер. «Наукова думка», 1964, Киев, 71.
754. Овчаренко Н. И., Эффект Холла в полупроводниках,
«Промышленная энергетика», 48, 1963, 5, 47.
755. Оденов С. В. и др., Магнитометр с пленочным датчиком
Холла, работающим при температуре жидкого гелия, ПТЭ, 10, 1965,
1, 225,
756. П и к у с Г. Е., Сорокин О. В., Нелинейное полупроводни-
ковое сопротивление, чувствительное к магнитному полю, «Автомати-
ка и телемеханика», 19, 1958, 2, 187.
757. Р о ж а п к о в с к и й Р. В., Электрическое поле в датчиках
Холла. Автоматический контроль и измерительная техника, Изд-во
АН УССР, 1963, 7, 47.
758. Р о ж а н к о в с к и й Р. В., Определение параметров датчика
Холла методом электрического моделирования, «Автоматический кон-
троль и измерительная техника», 1964, Киев, 8, 46.
759. Рожанковский Р. В., Определение физических пара-
метров материала путем моделирования поля в датчиках. Холла,
«Автоматический контроль и измерительная техника», 1964, Киев,
8, 52.
760. С и р о т к о В. К., О влиянии зависимости сопротивления
полупроводниковых пластинок датчиков Холла от индукции на ха-
рактеристики реле на основе эффекта Холла, Сборник по вопросам
электромеханики, вып. 5, Академиздат, 1961.
761. Скорик Е. Т., Анализ работы ваттметра с объемным ре-
зонатором, использующего эффект Холла в полупроводниках, «Ра-
диотехника», —, 1958, 4, 393.
762. Таранов С. Г., Классификация методов и устройств для
определения коэрцитивной силы, Исслед. схем и аппар. для магн.
и электр. измер., «Наукова думка», 1964, Киев, 31.
763. Усатенко С. Т., Измерение индукции в пермеаметре с по-
мощью датчиков Холла, «Заводская лаборатория», 30, 1964, 5, 619.
764. Февралева Н. Е., Любченко Г. И., Трибель Г. В.,
Конструкция датчиков Холла, служащих для измерения магнитной
индукции, Иссл. схем и аппар. для магн. и электр. измер., «Наукова
думка», 1964, Киев, 78.
765. Февралева Н. Е., Непокрытый Я. Ф-, К измерению
коэрцитивной силы магнитотвердых материалов, Иссл. схем и аппар.
для магн. и электр. измер., «Наукова думка», 1964, Киев, 95.
766. X е й н р п х с е п В. Р., Mai читпая система генератора э. д. с.
Холла, Труды Таллинского политех, ин-та, 1963, А, 207, 27.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора................................. 3
Перечень важнейших обозначений........................ 5
Глава первая. Введение................................11
Глава вторая. Теория явлений, возникающих в холлов-
ских пластинах........................................13
2-1. Проводимость полупроводников.....................15
2-2. Термоэлектрическое напряжение....................21
2-3. Инжекция носителей тока......................... 27
2-4. Эффект Холла . 30
2-5. Эффект магнитосопротивления......................35
2-6. Некоторые особые случаи проявления эффекта Холла 37
2-6-1. Вторичный эффект Холла................... 37
2-6-2. Собственный эффект Холла {Л. 214] .... 37
2-6-3. Фотоэффект Холла..........................38
2-7. Другие гальвано- и термомагнитные явления . . 38
Глава третья. Свойства полупроводниковых материалов 41
3-1. Свойства германия............................4]
3-2. Свойства кремния.............................49
3-3. Свойства антимонида индия....................54
3-4. Свойства арсенида индия . . . . . . . 61
3-5. Свойства арсенида—фосфида индия..............63
3-6. Свойства селенида ртути......................66
3-7. Свойства теллурида ртути.................. . . 71
3-8. Система HgTe—HgSe...........................72
3-9. Система HgTe—CdTe...........................72
3-10. Свойства арсенида кадмия....................74
Глава четвертая. Измерение характеристик материалов 75
4-1. Измерение удельного сопротивления .... 75
4-2. Измерение коэффициента Холла ... 80
Глава пятая. Основы проектирования датчиков Холла . 84
5-1. Основные принципы...........................84
5-2. Параметры идеального датчика Холла . 85
5-3. Шунтирующее действие управляющих контактов . 90
5-4. Нелинейности характеристик датчиков Холла, свя-
занные с геометрией, эффектом магиитосопротив-
дения ц согласованием нагрузки , , , . : 92
349
5-5. Температурные евойства..........................101
5-6. Паразитные напряжения в датчиках Холла . . . 1Q6
5-7. Проектирование магниторезисторов.................ПО
Глава шестая. Технология изготовления датчиков Холла
и магниторезисторов..................................112
6-1. Технология кристаллических элементов . . . . 112
6-2. Технология пленочных датчиков Холла . . . . 121
6-3.-Технология изготовления тонкослойных монокристал-
лических датчиков Холла..........................131
6-4. Конструкции датчиков Холла и 'магниторезисторов 133
Глава седьмая. Свойства датчиков Холла . . . . 137
7-1. Статическая характеристика.................137
7-2. Динамическая характеристика .....................140
7-3. Напряжения, сопутствующие холловскому . .- . 142
7-4. Температурные зависимости..................147
7-5. Частотные характеристики...................... 157
7-6. Шумы..........................................162
Глава восьмая. Свойства магниторезисторов . . . 164
Глава девятая. Компенсация температурного дрейфа . 167
Глава десятая. Эквивалентная схема датчика Холла . 169
Глава одиннадцатая. Магнитопроводы для датчиков
Холла и магниторезисторов..........................171
11-1. Магнитные материалы..........................173
11-1-1. Магнитнотвердые материалы....................173
11-1-2. Магнитномягкие материалы.....................174
11-2. Общие указания, относящиеся к выбору, изготовле-
нию и использованию магнитопроводов .... 174
11-2-1. Магнитопроводы из постоянных магнитов . . 174
11-2-2. Магннтопроводы нз магнитномягких материалов 176
Глава двенадцатая. Возможности применения датчи-
ков Холла ..........................................179
Глава тринадцатая. Измерение и исследование маг-
нитных полей........................................482
13-1. Общая методика проектирования измерителей маг-
нитного поля.....................................183
13-2. Измерение индукции (напряженности) постоянного
магнитного поля..................................200
13-3. Измерение напряженности переменного магнитного
поля.............................................217
13-4. Измерение напряженности импульсных магнитных
полей........................................... 218
13-5. Измерение градиента и распределения напряженности
поля ............................................219
350
л
Глава Четырнадцатая. Йсследойаиие магнитных
свойств магнитных материалов........................220
14-1. Исследование магнитномягких материалов . . . 223
14-2. Исследование постоянных магнитов...........................230
Глава пятнадцатая. Исследование электрических машин 233
15-1. Исследование магнитных полей . ... . . . 234
15-2. Гармонический анализ поля синхронной машины . 235
15-3. Измерение и регулирование вращающего момента
в машинах постоянного тока......................236
15-4. Исследование процессов коммутации .... 237
15-5. Регистрация угла 0 синхронных машин . . . 238
Глава шестнадцатая. Измерение электрических величин 239
16-1. Измерение тока............................239
16-2. Измерение мощности . 247
16-2-1. Измерение мощности в цепи постоянного тока 247
16-2-2. Измерение мощности в цепи промышленной ча-
. стоты.......................................250
16-2-3. Измерение мощности на звуковых и радиоча-
стотах .......................................253
16-2-4. Измерение мощности электромагнитных волн вы-
сокой частоты.................................253
16-3. Измерение электросопротивления .... 258
16-4. Преобразователи малых постоянных напряжений и
токов...........................................259
16-5. Измерение других электрических величин . . . 262
Глава семнадцатая. Измерение неэлектрических вели-
чин ...............................................263
17-1. Измерение угла поворота.......................263
17-2. Измерение механических -перемещений и вибраций 264
17-3. Измерение давления . .......271
Глава восемнадцатая. Счетные элементы . . 271
18-1. Сложение и вычитание..........................271
18-2. Умножение.....................................272
18-3. Деление . ' . 275
18-4. Возведение в степень и извлечение корня . . . 276
18-5. Другие вычислительные устройства..............277
Глава девятнадцатая. Элементы радиоэлектронных
цепей....................................................- 278
19-1. Линейный и квадратичный детекторы . . 278
19-2. Анализатор гармоник ... . . . . 280
19-3. Модулятор н смеситель ..... . . 280
19-4. Удвоитель частоты . . 281
19-5. Усилитель . . 281
19-6. Генератор . . . . . 282
'*•1' 0
19-7. Необратимые (невзаимные) элементы цепей . 282
19-7-1. Гираторы................................ . . 282
19-7-2. Усилители с отрицательным сопротивлением . 283
19-7-3. Циркуляторы •...............................284
19-7-4. Изоляторы...................................285
Г i
Глава двадцатая. Другие области применения датчиков
Холла.............................................. 288
20-1. Реле . . 289
20-2. Компенсаторы................................290
20-3. Компаратор .....................................290
20-4. Перем ножитель векторов.....................291
20-5. Делитель частоты импульсов..................291
20-6. Воспроизводящие магнитофонные головки . . 292
Г. 20-7. Гальванометрический усилитель...................293
20-8. Датчики Холла в системах регулировании . . 293
Глава двадцать первая. Применение магниторези-
сторов ..............................................294
21-1. Измерение магнитной индукции................. 297-
21-2. Измерение мощности . .......................299
21-3. Удвоитель частоты и анализатор гармоник . . . 303
Г 21-4. Преобразователь постоянного тока в переменный . 303
21-5. Усилитель и генератор...........................304
Г 21-6. Счетные элементы..............................' 304
р Каталог датчиков Холла, магниторезисторов и устройств
с датчиками Холла.....................................307
Г Литература.............................................. 314
Г