202680. lajstromszámú szabadalom • Berendezés integrált áramkörbe integrálható Hall-elemmel
1 HU 202680 B 2 megfelelően a 26 differenciaerősítő Ei első bemenetére van csatalkoztatva. A 24 jelvevő átalakítóelem bemeneté ezen kívül közvetlenül vagy a 31 feszültségkövetőn keresztül a 28 vezérlő egység bemenetére van vezetve és ez utóbbi kimenete a 29 átkapcsoló 5 vezérlő bemenetére csatlakozik. A 28 vezérlő egység például komparátort tartalmaz, és feladata a 24 jelvevő átalakítóelem bemeneti feszültségének figyelése polaritás szempotjából, amivel a 22 Hali-elem VH kimeneti feszültségének polaritása is meghatározható. 10 Ettől a polaritástól függően a 29 átkapcsoló a 30 invertáló erősítőt áthidalja vagy üzembe helyezi. Más szavakkal, ha a 22 Hali-elem VH kimeneti feszültsége pozitív szintű, akkor az közvetlenül, előjel szerinti invertálás nélkül, míg ha negatív szintű, a 30 invertáló 15 erősítőn keresztül előjel szerinti invertálás után a 26 differenciaerősítő Ei első bemenetére kerül. A 25 referencia jeladó például R’ előtétellenállásból és 32 térvezérlésű tranzisztor forrás-nyelő szakaszából álló soros kapcsolásként van kialakítva, ahol a soros 20 kapcsolás két elemének közös pontja a 25 referencia jeladó kimenetét alkotja és a 26 differenciaerősítő E2 második bemenetére van csatlakoztatva. Az R’ előtétellenállás másik pólusa Vwf.i referenciafeszültségre, a 32 térvezérlésű tranzisztor kapucsatlakozója 25 Vrcf,2 referenciafeszültségre, míg a 32 térvezérlésű tranzisztor forrás-nyelő szakaszának másik pólusa Vref,3 referenciafeszültségre van csatlakoztatva. A 26 differenciaerősítő ismert módon építhető fel, például 33 műveleti erősítő alapján, amelynek inver- 30 táló bemenete R3 első bemeneti ellenálláson át az Ei első bemenetre, R< második bemeneti ellenálláson át az E2 második bemenetre, míg R5 visszacsatoló ellenálláson át F kimenetre van csatlakoztatva. Az F kimenet egyúttal a 33 műveleti erősítő kimenete. Ez 35 utóbbi neminvertáló bemenete a 26 differenciaerősítőbe E3 harmadik bemeneten át Vref,4 referenciafeszültséget továbbít. így tehát a 26 differenciaerősítő invertáló erősítőként működik. Vele sorban 27 invertáló erősítő van beiktatva az M vezérlő bemenet 40 előtt, amelynek célja a 26 differenciaerősítő által okozott invertálás visszafordítása, ezért a 30 invertáló erősítővel együtt célszerűen -1 erősítési tényezővel jellemezhető, és szokásosan műveleti erősítővel alakítható ki. 45 A 32 térvezérlésű tranzisztor hőmérsékletre érzékeny elemként működik, amelynek telítési árama a környezetében uralkodó hőmérséklet négyzetével arányos. Ugyanez az összefüggés érvényes a 22 Halielemre is, mivel mindkét félvezető eszköz ugyanabban 50 az integrált áramkörben van elrendezve és egymáshoz térben igen közel fekszenek. Ez arra utal, hogy igen fontos mind a 22 Hali-elemet, mind pedig a tranzisztorokat és közöttük a 32 térvezérléses tranzisztort ugyanabban a félvezető kristályos alapanyagban, 55 ugyanolyan tecnológiával előállítani. A szabályozó kapcsolás a 11 záróréteg, illetve a 12 fedőréteg és a 7 aktív zóna közötti határréteg vastagságát úgy szabályozza, hogy a 22 Hali-elem kimeneti feszültségét a 25 referencia jeladó által 60 szolgáltatott feszültséggel, mint referenciával összehasonlítja és az így kapott különbségnek megfelelő elektromos jelszintet felerősítve a 22 Hali-elem M vezérlő bemenétére juttatja. Mivel a 32 térvezérléses tranzisztor paraméterei a hőmérséklettől függnek, a 65 szabályozásban is hőmérsékletfüggő értéket kapunk. Ez lehetővé teszi, hogy a szabályozó kapcsolás a záróréteg vastagságát olyan értéken tartsa, amelynek alapján a Hali-elem mágneses térrel szembeni érzékenysége a hőmérséklettől független marad. Ha a 22 Hali-elem önmagában véve is elegendően stabilisán viselkedik hőmérsékletváltozás hatására, a 32 térvezérléses tranzisztor feleslegessé válik és nincs szükség beépítésére. A 29 átkapcsolót a 17. ábrán jelfogóérintkező képviseli. A gyakorlat azonban előnyben részesíti a vezérelhető, például CMOS- technológia szerint előállított félvezető kapcsolóelemeket. A 17. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezésnek megvan az az előnye is, hogy a 22 Hali-elem VH-f(B) karakterisztikáját adott i tápáramerősség esetén linearizálni lehet, és ennek során mind a páros, mind a páratlan párosságú nemlinearitásokat ki lehet küszöbölni. A nemlinearitás meghatározása a 18. ábrából jól kitűnik, hiszen azon adott i tápáramerősség esetén érvényes nemliniáris VH-f(B) karakterisztika látszik. A 18. ábra szaggatott vonallal mutatja a linearizált karakterisztikát. A B indukció egy adott B-Bi értéke mellett a nemlineáris karakterisztikán a Hali-elem kimeneti feszültségéhez olyan X munkapont rendelhető, amelynek ordinátája Vh(Bi) értékű, míg a linearizált karakterisztikán az ennek megfelelő Y munakponthoz a ordináta tartozik, ahol a szorzótényező dV„ B _ls=o amely a B-0 ponthoz tartozóan mind a linearizált, mind pedig a nemlineáris karakterisztika meredekségét jelenti. A B-B, értéknél érvényes e(Bi) nemlinearitást a két, vagyis a X és a Y munkaponthoz tartozó ordináták különbségeként lehet meghatározni. Ez anynyit jelent, hogy a nemlinearitás: e(Bi)SVh B Js-o Bi-Vh(Bi). A nemlinearitás páros párosságú típust képvisel, ha, mint a 19. ábrán bemutatjuk: e(Bi)-e(-Bi), míg páratlan párosságú típust mutat, ha, mint a 20. ábrán látható: e(Bi)—e(-Bi). A 18. ábrán ennek megfelelően páratlan párosságú típust jelentő nemlinearitás van bemutatva. Hogy egy adott Hali-elem nemlinearitásának típusa páros vagy páratlan párosságú, a 22 Hali-elemnek a 17. ábra szerinti kapcsolásba való beépítése előtt méréssel megállapítható, és ezt meg is kell tenni. A következőkben adott működési leírás annak feltételezése mellett érvényes, hogy a B indukció pozitív értékeihez a 22 Hali-elem VH kimeneti feszültségének pozitív értékei tartoznak, és fordítva, a B indukció negatív értékeinek a VH kimeneti feszültség negatív értékei a következményei (mint az a 18. ábrán látható). 7
