Мікроелектронний сенсор магнітної індукції

Мікроелеюронний сенсор магнітної індукції, що містить біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор, три резистори і джерело постійної' напруги, який відрізняється тим, що введені другий біполярний транзистор, два резистори, індуктивність, ємність і друге джерело постійної напруги, причому перший полюс першого джерела постійної напруги з'єднаний з першим виводом першого резистора, а другий вивід першого резистора з'єднаний із першим виводом бази біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, при цьому другий вивід бази біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора з'єднаний з першим виводом другого резистора, а другий ви від другого резистора підключений до першого колектора біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, першого виводу індуктивності, першого виводу третього резистора, першого виводу четвертого резистора, який утворює першу вихідну клему, при цьому другий вивід третього резистора підключений до другого колектора біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, а другий вивід четвертого резистора з'єднаний з першим виводом п'ятого резистора і базою другого біполярного транзистора, емітер якого з'єднаний з емітером біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, а другий вивід п'ятого резистора з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора, другим полюсом першого джерела постійної напруги, другим виводом ємності, другим полюсом другого джерела постійної напруги, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема, при цьому перший вивід ємності з'єднаний з другим виводом індуктивності і першим полюсом другого джерела постійної напруги. Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний як датчик виміру магнітної індукції в різноманітних пристроях автоматичного керування технологічними процесами. Відомо пристрій для виміру магнітної індукції, який використовує ефект Холла. Конструктивно він складається з напівпровідникової пластини, яка має прямокутну форму. Під дією струму І і магнітної індукції В, вектори яких взаємноперпендикулярні, на обкладинках датчика виникає напруга V. Величина цієї напруги залежить від геометрії (довжини L і товщини D) датчика, струму І, коефіцієнта Холла R і магнітної індукції В: приклад, при магнітній індукції В = IT і струмі 0,1 А має вихідну напругу 0,5В [див. Г. Виглеб. Датчики. - М.: Мир, 1989. С.29-33]. Недоліком такого пристрою є мала чутливість і точність виміру, особливо в області малих значень індукції, тому що при цьому необхідно значно підвищувати протікаючий струм. За прототип обрано пристрій для виміру магнітної індукції на основі біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора. Його конструкція складається з біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, трьох резисторів, через які здійснюється живлення з постійного струму, і джерела постійної напруги. При відсутності магнітного поля інжектовані емітером носії заряду розподіляються порівну між колекторами і їх струми рівні між собою. Відповідно до цього потенціали колекторів однакові і різниця напруг між колекторами дорівнює нулю. При дії поперечного магнітного поля vH D Матеріалом для виготовлення датчика Холла слугує кремній, арсенід-індію (InAs) і антимонід індію (IsSb). Датчик Холла з арсеніду індію, на 00 о 7408 відбувається відхилення потоку носіїв заряду в сторону одного із колекторів, що приводить до зростання його струму і зменшення струму другого колектора. У зв'язку з цим, потенціал одного колектора зменшується, а другого зростає, що викликає зростання напруги між колекторами із підвищенням індукції магнітного поля. При зміні напрямку магнітного поля змінюється і полярність напруги між колекторами [див. И.М. Викулин, В.И. Стафеев. Физика полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1990, с.227-230, рис. 7.18]. Недоліком такого пристрою є мала чутливість і точність виміру магнітної індукції. Це пов'язано з тим, що при малих значеннях магнітної індукції зміна напруги між колекторами є незначною. В основу корисної моделі поставлена задача створення мікроелектронного сенсора магнітної індукції, в якому за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними досягається перетворення магнітної індукції в частоту, що підвищує чутливість і точність виміру магнітної індукції. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, який містить біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор, три резистора і джерело постійної напруги, введено другий біполярний транзистор, два резистори, індуктивність, ємність і друге джерело постійної напруги, що дало змогу замінити перетворення магнітної індукції в напругу у відомому пристрої на перетворення магнітної індукції у частоту в запропонованому, причому перший полюс першого джерела постійної напруги з'єднаний з першим виводом першого резистора, а другий вивід першого резистора з'єднаний із першим виводом бази біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, при цьому другий вивід бази біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора з'єднаний з першим виводом другого резистора, а другий вивід другого резистора підключений до першого колектора біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, першого виводу індуктивності, першого виводу третього резистора, першого виводу четвертого резистора, який утворює першу вихідну клему, при цьому другий вивід третього резистора підключений до другого колектора біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, а другий вивід четвертого резистора з'єднаний з першим виводом п'ятого резистора і базою другого біполярного транзистора, емітер якого з'єднаний з емітером біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора, а другий вивід п'ятого резистора з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора, другим полюсом першого джерела постійної напруги, другим виводом ємності, другим полюсом другого джерела постійної напруги, які утворюють загальну шину, до якої підключена друга вихідна клема, при цьому перший вивід ємності з'єднаний з другим виводом індуктивності і першим полюсом другого джерела постійної напруги. Використання запропонованого мікроелектронного сенсора магнітної індукції підвищує чутливість і точність виміру інформативного параметру за рахунок виконання ємнісного елемента на основі біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора і другого біполярного транзистора, який разом з індуктивністю утворюють коливальний контур. При дії магнітної індукції на біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор змінюється ємнісна складова повного опору на електродах першого колектора біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора і колектора другого біполярного транзистора, що приводить до зміни резонансної частоти коливального контуру. Лінеаризація функції перетворення відбувається за рахунок вибору напруги живлення. На кресленні подано схему мікроелектронного сенсора магнітної індукції. Пристрій містить джерело постійної напруги 1, резистор 2, біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор 3, другий біполярний транзистор 4, резистори 5, 6, 7, і 8, індуктивність 9. Ємність 10 підключена паралельно джерелу постійної напруги 11. Вихід пристрою утворений першим колектором біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора 3 і загальною шиною. Мікроелектронний сенсор магнітної індукції працює таким чином. В початковий момент часу магнітна індукція не діє на біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор 3. Підвищенням напруги джерела постійної напруги 1 і джерела постійної напруги 11 до величини, коли на електродах колектор-колектор біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора 3 і другого біполярного транзистора 4 виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах колекторколектор біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора 3 і другого біполярного транзистора 4 та повного опору з індуктивною складовою індуктивності 9. Резистори 2, 5, 6, 7 і 8 здійснюють електричне живлення біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора 3 і другого транзистора 4. Ємність 10 запобігає проходженню змінного струму через джерело постійної напруги 11. При наступній дії магнітної індукції на біполярний двоколекторний магніточутливий транзистор 3 змінюється ємнісна складова повного опору на електродах колекторколектор біполярного двоколекторного магніточутливого транзистора 3 і другого біполярного транзистора 4, що викликає зміну резонансної частоти коливального контуру. 7408 Фіг. Комп'ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601