DE3217441A1 - Anordnung mit einer halleffektvorrichtung - Google Patents

Description

• Anordnung mit einer Halleffektvorrichtung
• Die Erfindung betrifft eine Halleffektvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine Halleffektvorrichtung erzeugt-eine Ausgangsspannung, die eine Funktion eines angewandten Magnetfeldes und eines Vorstromes ist.
• Aufgrund von Herstellungsmängeln erzeugt eine Halleffektvorrichtung an ihrem Ausgang normalerweise eine Versetzung- oder Offsetspannung, die stark temperaturabhängig ist. Die Ausgangsspannung einer Halleffektvorrichtung unterliegt daher Temperaturschwankungen, selbst wenn sie mit einem konstanten Vorstrom gespeist und einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt ist.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einer Halleffektvorrichtung vorzuschlagen, die ein neues Verfahren zur Kompensierung dieser temperaturabhängigen Versetzungs- oder Offsetspannung benutzt.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Anordnung mit einer Halleffektvorrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Zuführen eines fast konstanten Vorstroms zur Vorrichtung; eine Einrichtung zum Ableiten eines ersten Signals, das typisch für die Ausgangsspannung der Vorrichtung ist; eine Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Signals, das typisch für die Impedanz ist, die von der Vorrichtung für den Vorstrom gegeben ist; und eine Kompensationseinrichtung zum Verwenden des zweiten Signals, um die Änderungen im ersten Signal mit der Temperatur auszugleichen.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, daß die Versetzungs- oder Offsetspannung durch eine Fehlausrichtung der Ausgangsanschlüsse zur Halleffektvorrichtung während der Herstellung in bezug auf die Äquipotentiale in der Vorrichtung verursacht wird und die Änderung der Versetzungs- oder Offsetspannung der Halleffektvorrichtung mit der Temperatur aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Impedanz vom Material auftritt, aus dem die Vorrichtung gefertigt ist.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zum Verringern der Offsetspannung im ersten Signal, wenn Nullmagnetfeld angewandt wird, gegen Null.
• Das zweite Signal ist zweckmäßigerweise ein Signal, das typisch für den Spannungsabfall ist, welcher durch den Vorstrom quer über die Vorrichtung erzeugt wird.
• Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: F I G . 1 ein Blockschaltbild der Anordnung und F I G . 2 eine graphische Darstellung, die die Änderung der Offsetspannung mit der Temperatur für eine typische Halleffektvorrichtung zeigt, die zur Verwendung in der Anordnung geeignet ist.
• Gemäß Fig. 1 weist die Anordnung eine Halleffektvorrichtung 1 auf, die mit einem konstanten Vorstrom aus einer Konstantstromquelle 3 versorgt wird.
• Die Ausgangsspannung der Halleffektvorrichtung 1 wird dem Eingang eines Verstärkers Al zugeführt, dessen Ausgang einem Eingang einer Summierschaltung 5 zugeführt wird.
• Der Spannungsabfall, der durch den Vorstrom quer über die Halleffektvorrichtung 1 erzeugt wird, wird dem einen Eingang einer zweiten Summierschaltung 7 zugeführt, wobei deren anderem Eingang eine einstellbare stabile Spannung aus einer Quelle 9 zugeführt wird.
• Das Ausgangssignal der Summierschaltung 7 wird-einem Verstärker A2 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem anderen Eingang der Summierschaltung 5 zugeführt wird.
• Das Ausgangssignal der Summierschaltung 5 wird dem einen Eingang einer dritten Summierschaltung 11 zugeführt, zu deren anderem Eingang eine einstellbare stabile Spannung aus einer Spannungsquelle 13 zugeführt wird.
• Der Ausgang der Summierschaltung 11 wird einem Verstärker A3 zugeleitet, dessen Ausgangsspannung den Ausgang der Anordnung darstellt.
• Der Ausgang der Anordnung muß eine temperaturunabhängige Spannung sein, deren Wert proportional der Dichte eines Magnetfeldes ist, das der in Betrieb befindlichen Halleffektvorrichtung zugeführt wird. Im Hinblick hierauf wird bei Fehlen des angewendeten Magnetfeldes der Wert der Spannung der Spannungsquelle 9 so eingestellt, daß bei oder nahe der untersten Temperatur, bei der die Anordnung betrieben werden soll, das Ausgangssignal des Verstärkers A2 Null ist. Bei der gleichen Temperatur wird dann der Wert der Spannung der Spannungsquelle 13 so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers A3 Null ist. Bei oder nahe der höchsten Temperatur, bei welcher die Anordnung betrieben werden soll, wird die Verstärkung des Verstärkers A2 dann so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers A3 abermals Null wird.
• Es kann leicht gezeigt werden, daß das Verhältnis der Verstärkung des Verstärkers A2 zur Verstärkung des Verstärkers A1 dann gleich dem Verhältnis der Änderung der Offsetspannung zur Anderung im gesamten Potentialabfall quer über die Vorrichtung zwischen zwei gegebenen Temperaturen ist.
• Die Spannungsquelle 9 und die Verstärkung des Verstärkers A2 werden daher so eingestellt, daß sie dietemperaturabhängige Komponente der Offsetspannung der Vorrichtung entfernen. Die Spannungsquelle 13 wird so eingestellt, daß die sich ergebende überlagerte Offsetspannung ausgeschaltet wird.
• Es versteht sich, daß in einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung die Verstärker A2, A3 und die zugehörigen Summierschaltungen 5, 7 und 11 Summierverstärker aufweisen.
• Es ist auch eindeutig, daß die Verstärker A1, A2 und A3 niedrige Temperaturkoeffizienten haben müssen, so daß die Verstärker Al, A2 und A3 mit Offsetspannungs-Ausschaltanordnungen versehen sind.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können der Verstärker A2 und die mit ihm verbundene Summierschaltung 7 durch ein Widerstandsnetzwerk ersetzt werden.
• Die Verstärker Al und A3 werden normalerweise noch benötigt, um eine angemessene Ausgangsspannung und Impedanz zu erhalten.
• Die erfindungsgemäße Anordnung findet insbesondere Verwendung bei Halleffektvorrichtungen, die einen verhältnismäßig hohen Gesamtwiderstand und einen geringen Betriebsstrom haben, beispielsweise 500 Ohm und 5 Milliampere, bei denen die Änderung der Offsetspannung mit der Temperatur verhältnismäßig hoch ist. Fig. 2 zeigt die Änderung der Offsetspannung mit der Temperatur bei einer solchen Vorrichtung.
• Wie zu erkennen ist, haben die meisten Halleffektvorrichtungen eine lineare Spannungs-/Temperaturkennlinie, so daß in der Anordnung der Fig. 1 der Verstärker A2 normalerweise eine lineare Eingangs-/Ausgangscharakteristik haben soll.
• Eine besondere Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein kontaktloses Amperemeter, bei dem die Halleffektvorrichtung einem magnetischen Feld unterworfen wird, das durch einen Strom in einem Leiter erzeugt wird, in welchem Strom zu messen ist, wobei der Ausgang der Anordnung zum Betreiben eines Anzeigeinstrumentes, z.B. eines Drehspulmeßinstrumentes, dient.

Claims (11)

1. Patentansprüche 1. Anordnung mit einer Halleffektvorrichtung, die eine Einrichtung zum Zuführen eines etwa konstanten Vorstroms zur Vorrichtung und eine Einrichtung zum Ableiten eines ersten Signals aufweist, das die Ausgangsspannung der Vorrichtung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung auch eine Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Signals aufweist, das die Impedanz darstellt, die die Vorrichtung dem Vorstrom darbietet, und eine Kompensationseinrichtung (5, 7, 9, A2) aufweist, die das zweite Signal verwendet, so daß es temperaturbedingte Anderungen im ersten Signal ausgleicht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal den Spannungsabfall darstellt, der quer über die Vorrichtung durch den Vorstrom erzeugt wird.
3. 3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Einrichtungen (11, 13) zum Verringern der Versetzungs- oder Offsetspannung im ersten Signal bei einem angewandten Nullmagnetfeld gegen Null aufweist.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung (5, 7, 9, A2) eine erste Summierschaltung (7) aufweist, deren Eingangssignale durch das zweite Signal und eine Spannung einer ersten einstellbaren Spannungsquelle (9) gegeben sind, eine einstellbare Verstärkerschaltung aufweist, der das Ausgangssignal der ersten Summierschaltung (7) zugeführt wird, und eine zweite Summierschaltung (5) aufweist, deren Eingangssignale das erste Signal und das Ausgangssignal der einstellbaren Verstärkerschaltung sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine dritte Summierschaltung (11), deren Eingangssignale durch die Ausgangssignale der zweiten Summierschaltung (5) und eine Spannung der ersten einstellbaren Spannungsquelle (13) gegeben sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Verstärkerschaltung einen ersten Verstärker (A2) aufweist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (A2) eine lineare Eingangs-/ Ausgangscharakteristik aufweist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung und die einstellbare Verstärkerschaltung aus einem Widerstandsnetzwerk aufgebaut sind.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal der zweiten Summierschaltung (5) über einen zweiten Verstärker (A1) zugeführt wird.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker (A1) mit einer Verstärker-Qffsetspannung-Nullanordnung versehen ist.
11. 11. Kontaktfreier Strommesser, gekennzeichnet durch eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das typisch für einen Strom ist, wenn die Halleffektvorrichtung dem durch den Strom erzeugten magnetischen Feld ausgesetzt wird.