Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Схемы длн компенсацнн неэквнпотенцнальностн вы- кодных электродов: ПХ вЂ” преобраэоаатель Холла: ! — входные электроды; т — выходные электроды. ях — компенсакнонныд реэнстор жить строго иа эквнпотеициальной линии (прн В=О) нз-за возможной несимметрии выходных контактов нли из-за неоднородности полупроводникового материала. К искажению эквипотенциалей и в результате к неэквипотенциальиости выходных контактов приводят также механические напряжения, которые могут возникнуть в различных частях пластинки полупроводника при изготовлении преобразователя Холла.
В этом случае при прохождении тока и при отсутствии магнитного поля иа выходных электродах будет некоторая разность потенциалов, возникновение которой не связано с эффектом Холла. Эта разность потенциалов устраняется с помощью компенсирующих схем (рнс. !4.4). Искажения показаний преобразователя Холла при работе в переменном магнитном поле могут быть также вызваны ЭДС индукции в контуре выходных электродов.
Значение этого паразитного сигнала можно уменьшить, если скрутить вместе провода, идущие от выходных электродов, т. е. уменьшить площадь контура, пронизываемую магнитным потоком. ЭДС, наводимую в контуре выходных электродов, можно скомпенсировать с помощью дополнительной петли, помещенной в то же магнитное поле (рис. 14.5). 448 Основные параметры н свойства (14.9) Сопротивление полупроводников, в тивление преобразователя Холла, изме возрастая при увеличении напряженности магнитного поля.
Первой причиной изменения входного сопротивления преобразователя Холла, помещенного в магнитное поле, является изменение подвижности носителей заряда (см. $14.1). Вторая причина — изменение концентрации носителей заряда из-за влияния поверхностной рекомбинации носителей, которые отклоняются силой Лоренцв к боковой поверхности преобразователя.
Выходным сопротивлением преобразователя Холла называют сопротивление между выходными электродами. Если выходные контакты точечные, то выходное сопротивление определяется удвоенным сопротивлением растекания точечного контакта (см. $ 3.21): Я,„„ж о/(па„)„(14. ! О) том числе входное сопроияется в магнитном поле, Рнс. 14тк Схема компенсацнн параэнтной ЭДС, нндуцнруемоа в цепи выходных электродов: ПХ вЂ” преобраэоаатыть Холла.
1 — входные электроды, д— выходные электроды; П вЂ” петлк длн коннекс*пан ЭДС нндукцнн в цепн амходных элен- тродав где а„— радиус точечного выходного контакта. При выходных контактах, выполненных в виде полуцилиидра, вплавленных в боковые грани полупроводниковой пластинки, выходное сопротивление преобразователя Холла а'* на 2п„' где а„— радиус полуцнлиидрнческого выходного контакта. При наличии тока в цепи холловских электродов выходное сопротивление преобразователя Холла, так же как и входное сопротивление, возрастает с увеличением напряженности магнитного поля.
Коэффициент использования или КПД преобразователя Холла определяется отношением отдаваемой и подводнмой мощностей: т! )он // х Входным сопротивлением преобразователя Холла называют сопротивление между входными электродами. При отсутствии магнитного поля его можно определить по удельному сопротивлению исходного материала и по геометрическим размерам: г,„= о! /(аб). Мощность, подводнмая к преобразователю Холла, с учетом (14.9) р 74 е! (! 4.! 1) Мощность, выделяемая на сопротивлении нагрузки, (й „+й.У ' Прн согласовании выходного сопротивления преобразователя Холла н сопротивления нагрузки„т.
е. при равенстве этих сопротивлений (11,„,=14,), преобразователь отдает в нагрузку максимальную мощность прн фиксированной подводимой мощности. Тогда для преобразователя с точечиымн выходными контактамн Р.= (7хияа„/(4Е). Коэффициент использования такого преобразователя Холла с учетом соотношений (14.3) и (14А) Прн условии согласования сопротивления нагрузки и выходного сопротивления для преобразователя Холла с полуцилиндрнческими выходными контактами и с учетом выражения (!4.11) запишем еи' Не !и 2а, коэффициент использования ае'! !и-а — х е 2! !и ~ 2) 2и„ 2а. 74 е! ее,~у ай (! 4.12) где Я вЂ” площадь поверхности преобразователя Холла; р — ко- эффициент теплоотдачи; 757 — разность температур между мак- симально допустимой и температурой окружающей среды.
Таким образом, при различных выходных контактах коэффициент использования преобразователей Холла пропорционален квадрату подвижности носителей заряда. Максимально допустимый тон. Для увеличения ЭДС Холла и выходной мощности необходимо увеличивать входную мощность. При подводнмой к преобразователю Холла мощности, равной допустимой мощности рассеяная, температура преобразователя повышается до максимально допустимой. Поэтому Если пренебречь плошадью боковых граней и считать, что 3=2а1, то на основании уравнения теплового баланса (14.!2) максимально допустимый ток через преобразователь Холла ю...—, Щьтче. (14.13) Согласно выражению (14.13), увеличить максимально допустимый ток, а следовательно, н входную мощность, не изменяя температуры преобразователя, можно„увеличивая интенсивность теплообмена между преобразователем и окружающей средой. Следует отметить, что максимальная мощность рассеяния преобразователя определяется теплоотдачей с его поверхности только у очень тонких пленочных преобразователей, а также у кристаллических преобтпазователей, имеющих поверхность, превышающую 70...80 мм .
У кристаллических преобразователей малык размеров даже тонкие электроды отводят теплоты больше, чем рассеивается с поверхности самого преобразователя. Максимальная ЭДС Холла при заданной индукции магнитного поля возникает в преобразователе при прохождении через него максимально допустимого тока. Как следует из (14.3) н (14.13), максимальная ЭДС Холла ьх .*=ХВа у —. - Г2(5зт еь Вольтовая чувствительность представляет собой отношение максимальной ЭДС Холла к индукции магнитного поля: у=8„.,~В= Хр нфйТЯо6). При оценке качества преобразователя Холла вольтовая чувствительность является более удобным н объективным параметром, чем максимальная ЭДС Холла, которая зависит от магнит. ной индукции.
Вольтовую чувствительность преобразователя Холла можно значительно увеличить при использовании импульсного режима питания. Максимально допустимый ток в импульсном режиме можно увеличить в десятки и сотни раз, соответственно увеличится и максимальная ЭДС Холла при заданной индукции магнитного поля. Коэффициент передачи равен отношению напряженности ЭДС Холла к напряженности электрического поля между входными электродамн при определенной магнитной индукции. С учетом соотношений (14.3), (!4.4) и (14.9) коэффициент передачи преобразователя Холла К=Ех/Е=11В~Р1 =А!4В.
При рассмотрении основных параметров преобразователей Холла можно подумать, что качество преобразователя определяется только подвижностью носителей заряда в полупроводниковой пластинке. Однако это не совсем так. Действительно, прн 45! высокой подвижности ЗДС Холла составляет существенную часть входного напряжения, т. е. коэффициент передачи велик.
Но при этом само входное напряжение должно быть достаточно большим, чтобы полезный выходной сигнал имел необходимое значение. Например, для преобразователя Холла из полупроводника с электропроводиостью р-типа ЗДС Холла прн допустимой мощности рассеяния, т. е. с учетом выражения (14.11), (14. 14) Поэтому ЭДС иа выходе преобразователя Холла или его вольтовая чувствительность в соответствии с (14.14) зависит ие только от подвижности носителей заряда, но н от их концентрации. В аитимониде индия с рекордно большой подвижностью носителей заряда концентрация носителей не может быть малой из-за малой ширины запрещенной зоны. В результате преобразователи Холла нз германия обладают лучшими параметрами. Частотные свойства.
Время релаксации процессов, определяющих эффект Холла, порядка 10 "...!О гас, что и определяет теоретический частотный предел использования преобразователей Холла. Однако при их практическом использовании на очень высоких частотах встречаются определенные трудности. В соответствии с тем, что на преобразователь Холла воздействуют две управляющие величины: магнитная индукция и входной ток, — при рассмотрении частотных свойств необходимо различать два случая. В первом случае преобразователь Холла находится в постоянном магнитном поле, а входная цепь питается высокочастотным управляющим током. В поведении преобразователя иа постоянном и переменном токе до частот в несколько десятков мегагерц не наблюдается какой-либо разницы в пределах точности измерений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
