DE2640082A1 - Hall generator with semiconductor crystal - has compensator balancing out temperature changes of hall effect in crystal - Google Patents

Hall generator with semiconductor crystal - has compensator balancing out temperature changes of hall effect in crystal

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Abstract

The crystal is esp. an InAs crystal and the generator has a compensator balancing out temp. variations of the Hall effect in the crystal. It is controlled by voltage drop caused by the current flowing through the semiconductor crystal. The compensator consists of an operational amplifier (O2) with a resistor network, with some of the resistors variable. It is connected, together with the Hall generator (HG) to the voltage source supplying the generator control current. Change of voltage drop across the Hall generator results in a compensating change of control current flowing through the generator.

Description

HallgeneratorHall generator

Die Erfindung betrifft einen Hallgenerator mit einem Halbleiterkristall und einem die Temperaturabhängigkeit des Halleffekts im Halbleiterkristall ausgleichenden Kompensator, bei dem der Kompensator über den Spannungsabfall des den Halbleiterkristall durchfließenden elektrischen Stromes gesteuert ist.The invention relates to a Hall generator with a semiconductor crystal and one that compensates for the temperature dependence of the Hall effect in the semiconductor crystal Compensator, in which the compensator over the voltage drop of the semiconductor crystal electric current flowing through is controlled.

Solche Hallgeneratoren sind in der US-PS 3 008 083 beschrieben. Anstelle der älteren Praxis, den Kompensator im Stromkreis des den Hallgenerator steuernden Stromes zu schalten, ist hier der Kompensator im Lastkreis vorgesehen. Er wird also mit der von dem Hallgenerator gelieferten Hallspannung beaufschlagt. Der Kompensator ist bei den in der US-PS beschriebenen Vorrichtungen durch einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand gegeben. Dieser kann parallel zu der mit der Hallspannung betriebenen Last liegen und soll dann einen positiven TK aufweisen. Er kann aber auch in Serie mit der Last liegen und ist dann so zu wählen, daß der TK seines elektrischen Widerstandes negativ ist.Such Hall generators are described in US Pat. No. 3,008,083. Instead of the older practice, the compensator in the circuit of the Hall generator controlling To switch the current, the compensator is provided in the load circuit. So he will applied with the Hall voltage supplied by the Hall generator. The compensator is in the devices described in the US-PS by a temperature-dependent given electrical resistance. This can be parallel to that with the Hall voltage operated load and should then have a positive TK. But he can also lie in series with the load and is then to be selected so that the TK of its electrical Resistance is negative.

Es gibt jedoch Fälle, in denen diese Art des Ausgleichs des Temperatureinflusses nicht ausreicht. Dies gilt vor allem, wenn der Halbleiterkörper des Hallgenerators aus InAs besteht. Hallgeneratoren aus InAs weisen eine geringe Temperaturabhängigkeit von ca. -0,1% pro °C auf. Da der Widerstand des Generators einen positiven Temperaturkoeffizienten von ca. 0,2% pro °C aufweist, ist eine Temperaturkompensation in keiner der in der US-PS 3 008 083 beschriebenen Weisen möglich.However, there are cases in which this type of compensation of the temperature influence not enough. This is especially true when the semiconductor body of the Hall generator the end InAs exists. Hall generators made from InAs have a low temperature dependency of approx. -0.1% per ° C. Because the resistance of the generator has a positive temperature coefficient of approx. 0.2% per ° C, there is no temperature compensation in any of the U.S. Patent 3,008,083 possible.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Lösung zu finden.It is the object of the invention to find a suitable solution.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kompensator aus einem mit einem Verstärker versehenen Netzwerk aus - zum Teil einstellbaren - Ohmschen Widerständen gebildet ist und daß außerdem der Kompensator zusammen mit dem Hallgenerator an die den Steuerstrom für den Hallgenerator liefernde Spannungsquelle gelegt ist, derart, daß eine Änderung des Spannungsabfalls am Hallgenerator eine ausgleichende Änderung des durch den Hallgenerator fließenden Steuerstromes zur Folge hat.According to the invention it is provided that the compensator consists of a an amplifier provided network of - partly adjustable - ohmic resistances is formed and that also the compensator together with the Hall generator the voltage source supplying the control current for the Hall generator is applied, such that a change in the voltage drop across the Hall generator has a compensatory effect Change in the control current flowing through the Hall generator.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird also der Steuerstrom des Hallgenerators in Abhängigkeit vom temperaturbedingten Widerstandszuwachs in dem Maße erhöht, daß die Empfindlichkeitsabnahme durch die Steuerstromerhöhung kompensiert wird. Die mit dem Verstärker ausgerüstete Netzwerkschaltung wird dabei im Falle, daß der Hallgenerator von einem InAs-Kristall gebildet ist, derart ausgelegt, daß sie einen negativen Widerstand darstellt, also mit anderen Worten eine fallende Strom-Spannungscharakteristik aufweist, so daß bei sinkender Spannung durch das Netzwerk ein erhöhter Strom fließt.In a device according to the invention, the control current is of the Hall generator depending on the temperature-related increase in resistance in increased to the extent that the decrease in sensitivity compensates for the increase in control current will. The network circuit equipped with the amplifier is used in the case that the Hall generator is formed by an InAs crystal, designed such that it represents a negative resistance, in other words a falling resistance Has current-voltage characteristics, so that when the voltage drops through the Network an increased current flows.

Eine der Erfindung entsprechende Vorrichtung ist in der Figur dargestellt. Sie ist auf den Fall ausgelegt, daß der Hallgenerator aus InAs besteht.A device corresponding to the invention is shown in the figure. It is designed for the case that the Hall generator consists of InAs.

Das Grundprinzip des Netzwerks ist bei der bevorzugten Ausgestaltung eine von der eine konstante Spannung liefernden Steuerspannungsquelle Qu beaufschlagte Brückenschaltung mit dem Hallgenerator HG in dem einen Brückenzweig, mit verstellbaren Widerständen, also Potentiometern, im anderen Brückenzweig sowie dem Verstärker OP im Nullzweig. Die für die Widerstände angegebenen Werte sind auf die im Handel erhältliche Type TC 21 von Hallgeneratoren abgestimmt.The basic principle of the network is in the preferred embodiment acted upon by one of the control voltage source Qu which supplies a constant voltage Bridge circuit with the Hall generator HG in one branch of the bridge, with adjustable Resistors, i.e. potentiometers, in the other bridge branch and the amplifier OP in the null branch. The values given for the resistors are based on those in stores available type TC 21 tuned by Hall generators.

Der Hallgenerator liegt in Reihe mit den beiden Widerständen 1 und 2 an der Spannungsquelle Qu. An dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP liegt die Spannung, welche am Widerstand 1 und dem Hallgenerator HG abfällt.- Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP liegt am Spannungsteiler, der aus den Widerständen 3 und 4 sowie dem Potentiometer 4a gebildet und der über den Einstellwiderstand 4a fein variabel ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP ist über den Einstell widerstand 5 mit dem invertierenden Eingang und über den Widerstand 6 mit dem Schaltpunkt A am Hallgenerator HG leitend verbunden.The Hall generator is in series with the two resistors 1 and 2 at the voltage source Qu. At the non-inverting input of the operational amplifier OP is the voltage that drops across resistor 1 and Hall generator HG. The inverting input of the operational amplifier OP is connected to the voltage divider, the one formed from the resistors 3 and 4 and the potentiometer 4a and the one above the setting resistor 4a is finely variable. The output of the operational amplifier OP is via the setting resistor 5 with the inverting input and via the Resistor 6 is conductively connected to switching point A on Hall generator HG.

Für den Betrieb eines InAs-Hallgenerators vom Typ TC 21 wurde folgende Bestückung gewählt: Widerstand 1 = 5,6 Ohm, Widerstand 2 = 82 Ohm/2 W, Widerstand 3- - 82 Ohm, Widerstand 4 = 950 Ohm, Widerstand 6. = 1 Kiloohm, Einstellwiderstand 4a = = 100 Ohm-Potentiometer, Einstellwiderstand 5 = 10 Kiloohm-Potentiometer, Ooerationsverstärker OP vom Typ TBA 221., Qu = 12 Volt.For the operation of an InAs-Hall generator of the type TC 21 the following was made Equipment selected: Resistor 1 = 5.6 Ohm, Resistor 2 = 82 Ohm / 2 W, Resistor 3- - 82 ohms, resistor 4 = 950 ohms, resistor 6th = 1 kiloohm, setting resistor 4a = = 100 ohm potentiometer, setting resistor 5 = 10 kilohm potentiometer, operational amplifier OP of type TBA 221., Qu = 12 volts.

Die in der Figur dargestellte Schaltung arbeitet so, daß die von der Widerstandserhöhung im Hallgenerator HG herrührende Spannungszunahme am Hallgenerator HG verstärkt wird. Diese Spannung läßt durch den Widerstand 6 zwischen den Punkten Å und C einen zusätzlichen Strom durch den Hallgenerator HG fließen, der die angestrebte Kompensation bewirkt.The circuit shown in the figure operates so that the of the Increase in resistance in the Hall generator HG resulting in an increase in voltage at the Hall generator HG reinforced will. This voltage lets through the resistor 6 between the points Å and C an additional current flow through the Hall generator HG, which brings about the desired compensation.

Vor der Inbetriebnahme der Anordnung wird bei tiefer Temperatur und bekanntem auf den Halbleiterkörper des Hallgenerators HG einwirkenden Magnetfeld mit dem Potentiometer 4a der Nullpunkt der Verstärkerschaltung so eingestellt, daß der Widerstand 6 zwischen den Punkten A und C stromlos wird, was man z.B. mit Hilfe eines Multizets feststellen kann. Veränderungen am Potentiometer 5 üben Jetzt keinerlei Einfluß auf die Ausgangsspannung UH aus.Before commissioning the arrangement is at low temperature and known magnetic field acting on the semiconductor body of the Hall generator HG with the potentiometer 4a the zero point of the amplifier circuit is set so that the resistor 6 between points A and C is de-energized, which can be done e.g. with the help of of a multizet. Changes to the potentiometer 5 now do not exercise any Influence on the output voltage UH.

Dann wird unter Aufrechterhaltung des Magnetfeldes (Eichfelds) eine hohe Temperatur auf den Hallgenerator HG zur Einwirkung gebracht und dabei - nunmehr durch Justieren des Potentiometers 5 - derselbe Wert der Hallspannung UH eingestellt, der vorher mittels des ersten Potentiometers 4a bei der tieferen Temperatur bereits einjustiert war.Then, while maintaining the magnetic field (calibration field), a brought high temperature to the Hall generator HG and thereby - now by adjusting the potentiometer 5 - the same value of the Hall voltage UH is set, which has already been done beforehand by means of the first potentiometer 4a at the lower temperature was adjusted.

Bezeichnet man die niedrigere Eichtemperatur mit T1, die höhere Eichtemperatur mit T2 , so hat man vor Inbetriebnahme folgende Punkte des Abgleichvorgangs zu absolvieren: 1. Hallgenerator HG auf die Temperatur T1 bringen; 2. Multizet an den Punkten A und B der in der Zeichnung dargestellten Schaltung anschließen; 3. Potentiometer 4a so justieren, daß am Multizet die Spannung Null erscheint, also der Widerstand 6 stromlos geworden ist bzw. die Schaltpunkte A und C auf gleichem Potential liegen 5- Bei genau bekanntem magnetischen Eichfeld H den Ausgangswert der Hallspannung UH messen und registrieren.The lower calibration temperature is referred to as T1, the higher calibration temperature with T2, the following points of the adjustment process must be completed before commissioning: 1. Bring the Hall generator HG to temperature T1; 2. Multizet at points A and B connect to the circuit shown in the drawing; 3. Potentiometer Adjust 4a so that the voltage appears on the Multizet, i.e. the resistance 6 has become de-energized or switching points A and C are at the same potential 5- If the magnetic calibration field H is exactly known, the output value of the Hall voltage Measure and register UH.

6. Erhöhung der Temperatur des Hallgenerators HG auf den Wert T2 und bei aufrechterhaltenem Eichfeld H mittels des Potentiometers 5 die vom Hallgenerator HG gelieferte Hallspannung UH so einstellen, daß der unter Ziff. 5 festgestellte Wert von UH wieder erscheint.6. Increase the temperature of the Hall generator HG to the value T2 and with the calibration field H maintained, using potentiometer 5, that of the Hall generator HG, set the Hall voltage UH supplied in such a way that the one determined under item 5 Value of UH reappears.

Mit der Wahl der beiden Eichtemperaturen T1 und# T2 wird der Kompensationsbereich festgelegt. Große oder kleine Temperaturbereiche werden durch entsprechende Wahl der Abgleichpunkte erfaßt.With the choice of the two calibration temperatures T1 and # T2, the compensation range becomes set. Large or small temperature ranges are made by appropriate choice the adjustment points recorded.

1 Figur 6 Patentansprüche L e e r s e i t e1 Figure 6 claims L e r s e i t e

Claims (6)

Patentansprüche 9 Hallgenerator mit einem Halbl#eiterkristall,- insbesondere InAs-Kristall, und einem die Temperaturabhängigkeit des Halleffekts im Halbleiterkristall ausgleichenden Kompensator, bei dem der Kompensator über den Spannungsabfall des den Halbleiterkristall durchfließenden elektrischen Stromes gesteuert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n'e t, daß der Kompensator aus einem mit einem Verstärker versehenen Netzwerk aus -zum Teil einstellbaren - Ohm#schen Widerständen gebildet ist und daß außerdem der Kompensator zusammen mit dem Hallgenerator an die den Steuerstrom für den Hallgenerator liefernde Spannungsquelle gelegt ist, derart, daß eine Änderung des Spannungsabfalls am Hallgenerator eine ausgleichende Anderung-des durch den Hallgenerator fließenden Steuerstroms zur Folge hat. Claims 9 Hall generator with a semi-solid crystal, - in particular InAs crystal, and one the temperature dependence of the Hall effect in the semiconductor crystal compensating compensator, in which the compensator over the voltage drop of the the electric current flowing through the semiconductor crystal is controlled, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n'e t that the compensator consists of one with an amplifier provided network of - partly adjustable - ohmic resistances is and that also the compensator together with the Hall generator to the control current for the Hall generator supplying voltage source is placed in such a way that a change of the voltage drop at the Hall generator a compensating change-the caused by the Hall generator has flowing control current result. 2. Hallgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall des Hallgenerators aus InAs besteht und das den Kompensator bildende Netzwerk derart ausgelegt ist, daß es eine fallende Strom-Spannungscharakteristik besitzt.2. Hall generator according to claim 1, characterized in that the Semiconductor crystal of the Hall generator consists of InAs and that forming the compensator Network is designed in such a way that there is a falling current-voltage characteristic owns. 3. Hallgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Hallgenerator (HG) und den beiden mit ihm in Serie geschalteten Widerstaänden (1, 2) ein aus zwei in Reihe geschalteten Festwiderständen (3,4) und einem Potentiometer (4a) bestehender Spannungsteiler geschaltet ist, daß parallel zum Spannungsteiler und der Serienschaltung von Hallgenerator (HG) und den beiden Festwiderständen (1, 2) die den Steuerstrom für den Hallgenerator (HG) liefernde Spannungsquelle (Qu) gelegt ist, daß der zwischen dem Hallgenerator (HG) und einem ihm in Reihe liegenden Widerstand (2) befindliche Schaltpunkt A mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OP) verbunden ist, daß weiterhin der zwischen dem Festwiderstand ( 3) in dem zum Hallgenerator (HG) parallel liegenden Spannungsteiler ( 3, 4, 4a) und dem teilweise variablen Widerstand (4, 4a) dieses Spannungsteilers liegende Schaltpunkt B mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (op) verbunden ist und daß schließlich der Ausgang des Operationsverstärkers (OP) über ein Potentiometer (5) mit dem Schaltpunkt B sowie über einen Festwiderstand (6-) mit dem Schaltpunkt A verbunden ist.3. Hall generator according to claim 1 or 2, characterized in that parallel to the Hall generator (HG) and the two resistors connected in series with it (1, 2) one of two series-connected fixed resistors (3, 4) and a potentiometer (4a) existing voltage divider is connected that parallel to the voltage divider and the series connection of the Hall generator (HG) and the two fixed resistors (1, 2) the voltage source (Qu) supplying the control current for the Hall generator (HG) is placed that between the Hall generator (HG) and one lying in series with him Resistance (2) located Switching point A with the non-inverting Input of the operational amplifier (OP) is connected that continues between the fixed resistor (3) in the voltage divider parallel to the Hall generator (HG) (3, 4, 4a) and the partially variable resistor (4, 4a) of this voltage divider lying switching point B with the inverting input of the operational amplifier (op) is connected and that finally the output of the operational amplifier (OP) via a potentiometer (5) with switching point B and via a fixed resistor (6-) is connected to switching point A. 4. Hallgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper des Hallgenerators als einziger Temperaturfühler der Schaltung vorgesehen ist.4. Hall generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the semiconductor body of the Hall generator is the only temperature sensor in the circuit is provided. 5. Hallgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kompensator vorgesehenen veränderbaren Widerstände (4a, 5) derart in der Schaltung des Kompenaators angeordnet sind, daß die bei einer ersten (tieferen)Temperatur (T1) über den ersten (4a) dieser variablen Widerstände (4a, 5) und bekanntem, den Halbleiterkörper des Hallgenerators (HG) durchsetzenden Magnetfeld erzielte Einstellung der Hallspannung UH durch an dem zweiten variablen Widerstand (5) vorgenommene Einstellungen bei Aufrechterhaltung des Magnetfelds und der ersten Temperatur konstant bleibt. 5. Hall generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the variable resistors (4a, 5) provided in the compensator so in the circuit of the Kompenaators are arranged that the at a first (lower) temperature (T1) over the first (4a) of these variable resistors (4a, 5) and known, the Setting achieved through the semiconductor body of the Hall generator (HG) permeating magnetic field the Hall voltage UH through settings made on the second variable resistor (5) while maintaining the magnetic field and the first temperature remains constant. 6. Hallgenerator nach Anspruch 5, daß eine ein magnetisches Eichfeld am Ort des Halbleiterkörpers des Hallgenerators erzeugende Vorrichtung vorgesehen ist.6. Hall generator according to claim 5, that a magnetic calibration field Provided at the location of the semiconductor body of the Hall generator generating device is.
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