JPS5819149B2 - ホ−ル効果装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はホール効実装置に係り、特に４端子ホール素
子の不平衡電圧の補償手段に関する。

ホール素子はよく知られているように、磁場内において
この磁場に直交する方向の制御電流を流すことにより、
いわゆるホール電圧を生ずるものである。

この場合、理想的には磁場が零であれば制御電流を流し
てもホール電圧を生じないはずであるが、現実にはいく
らかの電圧が発生する。

この電圧は不平衡電圧と呼ばれ、ホール素子を各種の検
出あるいは測定用機器に利用した場合の誤差の原因とな
る。

従来のホール素子は４端子のものが多いが、上述した不
平衡電圧を小さくするために一対のホール出力端子を可
能な限り対称性よく作るのが一般的である。

このため、不平衡電圧は固定した極性を示さず、正から
負までランダムにばらついて、むしろ不平衡電圧の補償
を難しいものとしている。

この発明は上記した点に鑑み、２個の４端子ホール素子
を用いて確実に不平衡電圧の補償を行ったホール効実装
置を提供するものである。

この発明では、一対のホール出力端子を意識的に非対称
とすることにより、不平衡電圧の極性を固定した４端子
ホール素子を用いることが基本である。

即ちＪ不平衡電圧が正または負に予め定められた２個の
４端子ホール素子を、１枚の半導体基板上に互いのホー
ル出力端を１個ずつ共有するように、かつそれぞれの不
平衡電圧の極性が逆方向となるように直列に結合して配
設し、不平衡電圧を打消して和のホール電圧を得るよう
に各ホール素子に通電する電流値を設定したことを特徴
としている。

以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１゛図は一実施例の装置を模式的に示すものである。

歯において１は半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板であって、
この上にエピタキシャル成長させたｎ型ＧａＡｓ層をホ
トエツチングして２個の４端子ホール素子２，３を形成
している。

２１，２２および３１，３２はホール素子２および３の
制御電流端電極、２３および３３は同じくホール出力端
電極であり、４０は共通ホール出力端電極である。

図から明らかなように、各ホール素子２，３はそれぞれ
の一対のホール出力端子が制御電流路に対して非対称に
段差をつけられており、これによりホール素子２，３の
不平衡電圧が必ず異符号となるようにしている。

２個のホール素子は、互いに１個ずつホール出力端子を
共有することで直列に結合され、残りのホール出力端電
極２３と３３の間に所望の出力を得るようになっている
。

各ホール素子２，３にはそれぞれ独立に制御電流を流す
電源２５，３５が可変抵抗２４，３４を介して接続され
るが、これらの電源２５．３５はホール素子２，３の不
平衡電圧を打消すような極性に選ぶ。

いま、磁場が零の状態で電源２５．３５を図示の極性と
してそれぞれのホール素子２，３に制御電流を流すと、
各ホール素子２，３にはそのホール出力端子の非対称ゆ
えに互いに打消すような極性の不平衡電圧ＶＨｏ２．Ｖ
Ｈｏ３が生じる。

共通ホール出力端電極４０を零電位に設定し、可変抵抗
２４．３４により制御電流の大きさを制御することによ
り、不平衡電圧ＶＨｏ２．■Ｈｏ３は完全に相殺されて
、全体としての出力端即ち電極２３゜３３間には出力電
圧が現われない。

次に、この装置に磁界を印加した状態の動作を説明する
。

いま、第１図に示したような極性の磁界Ｈを印加すると
、各ホール素子２，３に得られるホール出力電圧ＶＨ２
、ＶＨ３は、磁界方向と制御電流方向が同一であるため
同極性となる。

従って、全体としてのホール出力電圧ｖＨはこれらの和
ｖＨ２＋ Ｖ Ｈ３となり、１個のホール素子の場合に
比べて約２倍の大きさとなる。

第２図は上記の如きホール効実装置を電力量計に適用し
た例である。

即ち、負荷電圧ｖＬを変圧器４３に入れ、独立した２個
の２次巻線４３１゜４３□に所定の低圧出力を得る。

これらは第１図における電源２５，３５に対応するもの
で、２個のホール素子２，３の制御電流源とする。

一方、負荷電流ＩＬを電磁石のコイル４４に流して磁界
を発生し、これを各ホール素子２，３に等しく印加する
。

このようにして得られたホール出力を例えば３個の演算
増幅器で構成した差動増幅回路４５に入れ、同相成分を
除去し消費電力ＶＬＸ Ｉ Ｌに対応した出力電圧を得
る。

差動増幅回路４５の出力は例えば電圧−周波数変換器に
よりパルス信号に変換し、これをカウントするという構
成にすれば、電子式電力量計として自動検針に好適なも
のとなる。

このような電力量計では、先に第１図で説明したように
ホール素子干不平衡電圧の影響が除去されるため、特に
軽負荷電流領域での測定精度が非常に高いという特徴を
有する。

以上説明したように、この発明に係るホール効実装置は
、従来の４端子ホ一ル素子単体に比べてほぼ２倍のホー
ル電圧が得られると共に、不平衡電圧が確実に補償され
、電力量計等に適用してすぐれた測定精度が得られる。

しかも、この発明では４端子ホ一ル素子２個を単に並べ
るのではなく、１枚の半導体基板上に互いのホール出力
端を１個ずつ共有するように形成して７端子としている
。

従って、２個のホール素子は例えばモールド済みのホー
ル素子を２個用いる場合に比べて感磁部分が接近してい
て同一磁場強度に近い状態におくことが容易であり、画
素子の温度差も小さくすることができ、各種検出、測定
機器に適用して高い精度が得られる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るホール効実装置の一例を模式的
に示す図、第２図はそのホール効実装置を電力量計に適
用した例を示す図である。 １・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２，３・・・・・
・ホール素子、２１，２２，３１，３２・・・・・・制
御電流端電極、２３，３３・・・・・・ホール出力端電
極、４０・・・・・・共通ホール出力端電極、２５，３
５・・・・・・制御電流電源、２４，３４・・・・・・
可変抵抗、４３・・・・・・変圧器、４４・・・・・・
電磁石のコイル、４５・・・・・・差動増幅回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対のホール出力端子を非対称に配置することによ
   って不平衡電圧の極性を固定した２個の４端子ホール素
   子を、１枚の半導体基板上に互いのホール出力端を１個
   ずつ共有するように、かつそれぞれの不平衡電圧の極性
   が逆方向となるように直列に接続して配設し、不平衡電
   圧を打ち消して和のホール電圧を得るように前記各ホー
   ル賽子に通電する電流値を設定したことを特徴とするホ
   ール効実装置。