DE3217441A1 - System incorporating a Hall effect device - Google Patents

Abstract

In the novel system incorporating a Hall effect device (1), compensation is made for the temperature-dependent offset voltage, which is due to the offsetting of the output connections with respect to the equipotentials in the device, by regulating the output as a function of a signal typical of the impedance presented by the device for the biassing current supplied by the constant current source (3) to the device (1). The regulating signal is a signal which is typical of the voltage drop generated transversely across the device by the biassing current. <IMAGE>

Description

Anordnung mit einer Halleffektvorrichtung Arrangement with a Hall effect device

Die Erfindung betrifft eine Halleffektvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a Hall effect device according to the preamble of claim 1.

Eine Halleffektvorrichtung erzeugt-eine Ausgangsspannung, die eine Funktion eines angewandten Magnetfeldes und eines Vorstromes ist. A Hall effect device generates an output voltage that is a Function of an applied magnetic field and a bias current.

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. Due to manufacturing defects, a Hall effect device produces normally an offset voltage at its output, which is strongly temperature-dependent is. The output voltage of a Hall effect device is therefore subject to temperature fluctuations, even when fed with a constant bias current and a constant magnetic field is exposed.

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. The invention is therefore based on the object of an arrangement with a Hall effect device to propose a new method of compensation this temperature-dependent offset or offset voltage is used.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. This task is achieved by the features of the characterizing part of the Claim 1 solved.

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. The inventive arrangement includes a Hall effect device means for supplying a nearly constant bias current to the device; one Means for deriving a first signal typical of the output voltage the device is; means for deriving a second signal which is typically is the impedance given by the device for the bias current; and compensation means for using the second signal to compensate for the changes in the first Equalize signal with temperature.

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. The invention is based on the knowledge of the inventors that the displacement or offset voltage due to misalignment of the output terminals to the Hall effect device caused during manufacture with respect to the equipotentials in the device and the change in the offset voltage of the Hall effect device with the temperature due to the temperature dependence of the impedance on the material occurs from which the device is made.

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. A preferred embodiment of the arrangement according to the invention also includes means for reducing the offset voltage in the first signal, when zero magnetic field is applied, it approaches zero.

Das zweite Signal ist zweckmäßigerweise ein Signal, das typisch für den Spannungsabfall ist, welcher durch den Vorstrom quer über die Vorrichtung erzeugt wird. The second signal is conveniently a signal typical of is the voltage drop created by the bias current across the device will.

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. An embodiment of the arrangement according to the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It show: F I G. 1 is a block diagram the arrangement and F I G. 2 is a graph showing the change in offset voltage with temperature for a typical Hall effect device that is used is suitable in the arrangement.

Gemäß Fig. 1 weist die Anordnung eine Halleffektvorrichtung 1 auf, die mit einem konstanten Vorstrom aus einer Konstantstromquelle 3 versorgt wird. According to FIG. 1, the arrangement has a Hall effect device 1, which is supplied with a constant bias current from a constant current source 3.

Die Ausgangsspannung der Halleffektvorrichtung 1 wird dem Eingang eines Verstärkers Al zugeführt, dessen Ausgang einem Eingang einer Summierschaltung 5 zugeführt wird. The output voltage of the Hall effect device 1 will fed to the input of an amplifier A1, the output of which is an input of a summing circuit 5 is fed.

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. The voltage drop caused by the bias current across the hall effect device 1 is generated, is fed to one input of a second summing circuit 7, the other input of which is an adjustable stable voltage from a source 9 is fed.

Das Ausgangssignal der Summierschaltung 7 wird-einem Verstärker A2 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem anderen Eingang der Summierschaltung 5 zugeführt wird. The output signal of the summing circuit 7 is an amplifier A2 , the output signal of which is fed to the other input of the summing circuit 5 will.

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. The output signal of the summing circuit 5 becomes one input a third summing circuit 11 is supplied, to whose other input an adjustable stable voltage is supplied from a voltage source 13.

Der Ausgang der Summierschaltung 11 wird einem Verstärker A3 zugeleitet, dessen Ausgangsspannung den Ausgang der Anordnung darstellt. The output of the summing circuit 11 is fed to an amplifier A3, whose output voltage represents the output of the arrangement.

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. The output of the arrangement must have a temperature-independent voltage whose value is proportional to the density of a magnetic field that is in operation located Hall effect device is supplied. With this in mind, In the absence of the applied magnetic field, the value of the voltage of the voltage source 9 adjusted so that at or near the lowest temperature at which the arrangement is to be operated, the output signal of the amplifier A2 is zero. With the same Temperature, the value of the voltage of the voltage source 13 is then set so that that the output of amplifier A3 is zero. At or near the highest temperature, at which the arrangement is to be operated is the gain of the amplifier A2 then set so that the output of amplifier A3 becomes zero again.

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. It can easily be shown that the ratio of the gain of the amplifier A2 to the amplification of the amplifier A1 is then equal to the ratio the change in offset voltage to change in the total potential drop across the device is between two given temperatures.

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. The voltage source 9 and the gain of the amplifier A2 are therefore adjusted to be the temperature dependent component of the offset voltage remove the device. The voltage source 13 is set so that the The resulting superimposed offset voltage is switched off.

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. It is understood that in a practical embodiment of the invention Arrangement the amplifiers A2, A3 and the associated summing circuits 5, 7 and 11 summing amplifier.

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. It is also clear that amplifiers A1, A2 and A3 are low Must have temperature coefficients, so that the amplifiers A1, A2 and A3 with offset voltage switch-off arrangements are provided.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können der Verstärker A2 und die mit ihm verbundene Summierschaltung 7 durch ein Widerstandsnetzwerk ersetzt werden. In a further embodiment of the invention, the amplifier A2 and the summing circuit 7 connected to it replaced by a resistor network will.

Die Verstärker Al und A3 werden normalerweise noch benötigt, um eine angemessene Ausgangsspannung und Impedanz zu erhalten.The amplifiers A1 and A3 are normally still required to produce a to get adequate output voltage and impedance.

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. The arrangement according to the invention is used in particular in Hall effect devices that have a relatively high total resistance and have a low operating current, for example 500 ohms and 5 milliamps, at where the change in offset voltage with temperature is relatively high. Fig. 2 shows the change in offset voltage with temperature in such a case Contraption.

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. As can be seen, most Hall effect devices have one linear voltage / temperature characteristic curve, so that in the arrangement of FIG. 1 the amplifier A2 should normally have a linear input / output characteristic.

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. A particular application of the arrangement according to the invention is a non-contact ammeter in which the Hall effect device exerts a magnetic field generated by a current in a conductor in which Current is to be measured, the output of the arrangement for operating a display instrument, e.g. a moving coil measuring instrument.

Claims (11)

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. Claims 1. Arrangement with a Hall effect device that a device for supplying an approximately constant bias current to the device and means for deriving a first signal representative of the output voltage of the device, characterized in that the arrangement also includes a device for deriving a second signal representing the impedance encountered by the Device presents the bias current, and a compensation device (5, 7, 9, A2) which uses the second signal so that it changes due to temperature equalizes in the first signal. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal den Spannungsabfall darstellt, der quer über die Vorrichtung durch den Vorstrom erzeugt wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the second Signal represents the voltage drop across the device due to the bias current is produced. 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.3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the arrangement means (11, 13) for reducing the offset or offset voltage has in the first signal with an applied zero magnetic field approaching zero. 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.4. Arrangement according to claims 2 or 3, characterized in that that the compensation device (5, 7, 9, A2) has a first summing circuit (7), whose input signals are adjustable by the second signal and a voltage of a first Voltage source (9) are given, has an adjustable amplifier circuit, to which the output signal of the first summing circuit (7) is fed, and a second summing circuit (5), the input signals of which the first signal and are the output signal of the adjustable amplifier circuit. 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.5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized by a third Summing circuit (11), the input signals of which by the output signals of the second Summing circuit (5) and a voltage of the first adjustable voltage source (13) are given. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Verstärkerschaltung einen ersten Verstärker (A2) aufweist.6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the adjustable amplifier circuit has a first amplifier (A2). 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (A2) eine lineare Eingangs-/ Ausgangscharakteristik aufweist.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the first Amplifier (A2) has a linear input / output characteristic. 8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung und die einstellbare Verstärkerschaltung aus einem Widerstandsnetzwerk aufgebaut sind.8. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the Summing circuit and the adjustable amplifier circuit from a resistor network are constructed. 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.9. Arrangement according to one of claims 4 to 8, characterized in that that the first signal of the second summing circuit (5) via a second amplifier (A1) is supplied. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker (A1) mit einer Verstärker-Qffsetspannung-Nullanordnung versehen ist.10. Arrangement according to claim 9, characterized in that the second Amplifier (A1) is provided with an amplifier-offset voltage zero arrangement. 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.11. Non-contact ammeter, characterized by an arrangement according to any one of the preceding claims for generating an output signal which Typical of a stream is when the Hall effect device is affected by the stream generated magnetic field is exposed.