Датчики магнитного поля с частотным выходом
Сенсорами магнитного поля могут служить элементы Холла, гальвано- магнитнорекомбинационные (ГМР) элементы, магниторезисторы, магнито- диоды, магнитотранзисторы. Подход к построению датчиков магнитного поля с магниторезисторами и магнитодиодами гот же, что и при построении датчиков температуры с терморезисторами и диодами. Рассмотрим случай, когда сенсорами служат элементы Холла.
Каждый датчик содержит элемент Холла, включенный в автогенератор на транзисторном аналоге негатрона. Так как продольный и поперечный контакты элемента Холла гальванически связаны между собой, это накладывает ограничения на выбор схемы аналога негатрона. Исследованы три схемы датчиков, использовался элемент Холла производства завода VVA30H” (Баку). На рис. 99- 101 приведены принципиальные электрические схемы датчиков и графики зависимости изменения частоты от индукции магнитного ноля. [24]. Направление индукции выбрано таким, чтобы с ее увеличением частота возрастала. При изменении направления индукции на обратное с увеличением индукции частота уменьшается, характер зависимости сохраняется.
В первом датчике ( рис. 99) используются два дополнительных конденсатора С2 и СЗ, обеспечивающие асимметрию схемы по переменному току, датчик отличается малым количеством транзисторов.
Во втором датчике ( рис. 100) используется один дополнительный конденсатор С2, но уже требуются 4 комплементарных транзистора. В третьем датчике (рис. 101) нет дополнительных конденсаторов, но требуются 6 транзисторов одного типа проводимости. Последний датчик обладает наивысшей чувствительностью частоты к магнитному полю. Если исходная частота у первых двух датчиков меняется в пределах 3%, то у третьего датчика частота меняется на 25% при увеличении индукции до 4 мТл. Как видно, ни одна из схем не дает строго линейной зависимости изменения частоты от индукции магнитного поля.
Рассмотрим случай, когда сенсором служит ГМР-элемент [25]. Он представляет собой два полупроводниковых резистора, изолированных р-п- переходом и разделенных прослойкой из поликремния среднего уровня легирования. Конструкция ГМР-элемента приведена на рис. 102. Сенсор включается в схему, приведенную на рис. 103. ГМР-элемент из двух резисторов вместе с резисторами R1 и R2 составляет электрический мост. Одна его диагональ подключена к источнику Е, с другой напряжение разбаланса подается на базы транзисторов VT3, VT4. На транзисторах VT1 и VT4 собран аналог негатрона. Между эмиттерами транзисторов VT1 и VT2, где наблюдается отрицательное дифференциальное сопротивление, включен частотозадающий конденсатор С1. При отсутствии магнитного поля мост балансируется резисторами Rl, R2. Под действием магнитного поля поток носителей заряда в полупроводниковых резисторах отклоняется. В одном из резисторов он подходит ближе к поликремнию, где высокая скорость рекомбинации, в другом он отходит от поликремния. Это ведет к изменению сопротивления, т.с. ГМР- эффекту. В результате мост разбалансируется, базы транзисторов VT3, VT4 изменяют свой потенциал, меняется ВАХ аналога негатрона и, как следствие, генерируемая частота.
График зависимости относительного изменения частоты от индукции магнитного поля В показан на рис. 104. Как видно, чувствительность линейно возрастает с увеличением напряжения питания.
