JPS5931235B2 - 半導体抵抗効果素子の温度補償回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体抵抗効果素子の温度保償回路に関する。

半導体を素材とした抵抗効果素子は磁界や光線或は圧力
等の作用を受けてその内部抵抗を変化するが、これらの
半導体素材は温度係数が大きく、その出力電圧は温度に
依存して大きく変動する。

また、これらの半導体素子は温度に対して非直線的に変
化する出力特性を有するため、その特性に適合した温度
補償を行うのは困難である。そのため第１図に示すよう
に、同じ素材から作られた２個の半導体抵抗効果素子１
、２を直列に接続し、直流電源３からの直流電流を流す
と共に、抵抗効果素子１と２の間から出力を取出して、
これら素子１、２自体の温度係数を相殺することにより
温度保償を行つている。

しかしながら、上述の回路に於て温度補償が十分満足し
得る範囲で行われるのは、２個の半導体抵抗効果素子１
、２に磁界や光線或は圧力等のフィールドが等しく作用
する場合に限られ、抵抗効果素子１、２の何か一方に作
用する面積或は強さが片寄ると、換言すれば磁界や光線
或は圧力等の作用する面積や強さが一方の素子から他方
の素子へ移り、その割合に応じて変化する出力を送出す
るポテンショメータやその割合を瞬間的に変化した出力
を得るスイッチ装置の場合には、そのとき定められた条
件で一方の抵抗効果素子が有する温度係数と他方の抵抗
効果素子の温度係数が大きく相違し、出力特性は温度係
数の大きい素子の影響を受け、温度補償されないのと同
様な結果となる。

このことを出力電圧Ｖ及び温度Ｔを座標軸とする第２図
を用いて詳述する。磁界や光線或は圧力等のフィールド
が半導体抵抗効果素子１、２に等しく作用すると、出力
特性は温度に対して曲線ａのようにフラットとなり、ま
たフィールドが抵抗効果素子１に片寄つて作用すると温
度変化に対し出力は曲線ｂのように傾斜した特性となる
。そして逆にフィールドが抵抗効果素子２に片寄ると曲
線ｃの出力特性となる。従つて、第１図に示すような温
度補償回路では、半導体抵抗効果素子の内部抵抗値の変
化による外部回路の動作を不安定なものにする欠点があ
つた。

Ｊ そこで本発明は半導体抵抗効果素子の有する温度係
数と半導体抵抗効果素子に印加する電圧の相関関係を制
御して半導体抵抗効果素子に作用するフィールドの広が
り或は強さに拘りなく温度変化の広い範囲に亘つてフラ
ットな出力特性を得る温ｊ 度補償回路を提供すること
を目的とする。第３図は本発明に係る温度補償回路の原
理図で、第１電流制御回路４と第２電流制御回路５を備
え当該回路４，５の間には入力側に電源３を接続し、出
力側に直列に接続された半導体抵抗効果素子１，２を接
続する。そして出力電圧は抵抗効果素子１と２の間６の
電圧と第２電流制御回路５と電源３の間７の電圧の差電
圧として取出す。第１電流制御回路４と第２電流制御回
路５は、半導体抵抗効果素子１，２の温度に対する内部
抵抗値の非直線的変化に対応して抵抗効果素子１，２に
流れる電流量を制御し、出力特性をフラツトにする。

本発明の実施例を第４図により説明する。

なお、説明を明確にするため半導体抵抗効果素子として
磁界の作用によりその内部抵抗値を変化する磁気抵抗素
子の場合に限定して述べる。第３図と同じ部分には同じ
番号を用いる。第１電流制御回路４はエミツタを磁気抵
抗素子１１の一端に接続し、コレクタを定電圧直流電源
３の正極に接続したＮＰＮ型トランジスタ４１とこのト
ランジスタにバイアス電圧を与える抵抗４２と定電圧ダ
イオード例えばツエナーダイオード４３から構成する。
抵抗４２とダイオード４３の直列回路は電源３と並列に
接続し、ダイオード４３に規制された定電圧をトランジ
スタ４１のベースに与える。第２電流制御回路５はエミ
ツタを磁気抵抗素子２１の一端に接続し、コレクタを電
源３の負極に接続したＰＮＰ型トランジスタ５１と、電
源３に並列接続した定電圧ダイオード５３ど抵抗５２の
直列回路から構成する。そしてダイオード５３に規制さ
れた定電圧をトランジスタ５１のベースに与える。抵抗
素子１１と２１の間には出力端子６を設け、これら素子
の抵抗値によつて内分された出力を得る。この回路構成
に於て、通常は定電圧ダイオード４３，５３とトランジ
スタ４１，５１によつて磁気抵抗素子１１，１２に一定
の電流が流れているが、温度が上昇変化すると第１電流
制御回路４に於ては定電圧ダイオード４３の正の温度係
数とトランジスタ４１の負の温度係数の相乗効果によつ
てトランジスタ４１は導通状態が大きくなり、第２図の
点線ｄで示すような温度上昇と共に増大する電流が磁気
抵抗素子１１，２１に流れる状態に７なる。一方第２電
流制御回路５に於ては定電圧ダイオードの正の温度係数
とトランジスタ５１の正の温度係数の相乗効果によつて
トランジスタ５１の導通状態が大きくなり、第２図の点
線ｅで示すように、流れる電流が増大する状態になる。
斯くして、温度上昇に伴つて磁気抵抗素子１１，２１を
流れる電流は増大し、一対の磁気抵抗素子１１，２１か
ら成る直列回路の両端電圧が一定に維持される。これに
より一対の磁気抵抗素子１１，２１に作用する磁界が一
方に片寄つてその面積或は強さを変えても、温度変化に
対してフラツトな出力となる。温度が降下する場合でも
定電圧ダイオードとトランジスタの逆の働きによつて同
様に｝ フラツトな出力となる。第５図は本発明の他の
実施例である。

ＮＰＮ型トランジスタ４１のベースとＰＮＰ型トランジ
スタ５１のベースの間を順方向をトランジスタ４１のベ
ースへ向けた定電圧ダイオード、例えばツエナーダイオ
ード８を介して接続する。トランジスタ４１のコレクタ
とベースは抵抗４４を介して接続し、トランジスタ５１
のコレクタとベースは抵抗５４を介して接続する。この
構成によつてトランジスタ４１，５１のベースには、抵
抗４４，５４とダイオード８によつて分割された電圧が
印加され、温度変化に対して上述同様に動作し出力をフ
ラツトにする。このように定電圧ダイオードを１個にす
ることによつてダイオードの温度係数のバラツキによる
トランジスタ４１，５１の非対称動作を軽減することが
できる。上述の記載から、半導体抵抗効果素子１，２が
負の温度係数を持つているときには第１及び第２＼電流
制御回路４，５は正の温度係数を持ち、逆に素子１，２
が正の温度係数を持つときには制御回路４，５は負の温
度係数を持てばよいことがわかる。

そして、これらの温度係数が近似値とすれば高い温度で
も、また低い温度でも出力はフラツトになる。第４図及
び第５図の実施例では、ダイオードとトランジスタの温
度係数の相乗効果によつて温度係数は大きなものとなる
。第６図は本発明に係り、電流制御回路に磁気抵抗素子
と同じような非直線性の磨度係数を持たせた実施例を示
す。

ＩｎＳｂを材料として作られた磁気抵抗素子は磁界が作
用すると温度係数が特に大きく指数函数的に変化する。
これは磁界の強さが増大するほど大きくなる。従つて電
流制御回路の温度補償機能を更に確実にするためには、
磁気抵抗素子の温度係数と同じような非直線性を持つ温
度係数を電流制御回路に与える必要がある。この実施例
では特に温度係数の大きい半導体抵抗効果素子、例えば
ＩｎＳｂから作られた磁気抵抗素子の温度補償について
述べる。一対の磁気抵抗素子１２，２２とトランジスタ
４１，５１は上述の実施例のように接続する。ＮＰＮ型
トランジスタ４１のベースは補償素子４５を介して電源
３の正極に接続すると共に、抵複４６を介して電源３の
負極に接続する。一方ＰＮＰ型トランジスタ５１のベー
スは、補償素子５５を介して電源の負極へまた抵抗５６
を介して電源の正極へ各々接続する。この回路構成に於
ては、補償素子４５，５５と抵抗４６，５６によつて分
圧されたバイアス電圧でトランジスタ４１，５１の導通
度合が定められる。補償素子４５，５５は磁気抵抗素子
１２，２２と同じ材料から作られており、従つて電流制
御回路は磁気抵抗素子と同じような温度係数を有するこ
とになる。補償素子４５，５５と磁気抵抗素子１２，２
２は各々組４５と１２及び５５と２２に分けられ、各組
は同じ強さ及び面積の磁界作用を受けるようにする。こ
の構成により、ポテンシヨメータのように連続的に磁界
を変化する場合でも、またスイツチのように瞬間的に作
用する場合でも、補償素子は磁気抵抗素子と同じ温度係
数を持つことになる。換言すれば、どのような態様の磁
界であつても、補償素子が磁気抵抗素子と同じ磁界を受
ける限り、温度変化に対して一対の磁気抵抗素子が接続
された直列回路の両端電圧は一定に維持される。補償素
子と磁気抵抗素子が同じ磁界を受けるように、磁気抵抗
素子を作るとき同じ基板に作ればよい。磁気抵抗素子１
２，２２の温度係数が比較的小さい場合には補償素子４
５，５５として負の温度係数を持つもの、例えばサーミ
スタを使用することが出来る。第７図は第６図の実施例
の変形である。

トランジスタ４１，５１のベースは抵抗９を介して接続
され、また各々の補償素子４５，５５を介して各各のコ
レクタに接続する。この構成により回路が簡略化される
。上述ではすべて２個の半導体抵抗効果素子を用いた場
合について説明したが、３端子構成の素子を用いてもよ
いことは言うまでもない。この場合には中央の端子と他
の端子間を１個の素子とする。本発明は上述のように、
一対の半導体抵抗効果素子が接続された直列回路の両端
電圧を、抵抗効果素子と逆の温度係数を有する電流制御
回路で一定値に維持するように動作するから、温度の上
昇或は降下に対してフラツトな出力を得ることが出来る
。

また、本発明の温度補償回路によれば、半導体抵抗効果
素子の温度係数が温度変化と共に大きく変つても、電流
制御回路はそれに追従して動作するから、広い範囲の温
度変化に亘つて出力レベルをフラツトにすることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１は従来の温度補償回路の結線図、第２図は従来と本
発明の回路を比較した場合の出力特性図、第３図は本発
明の温度補償回路の原理図、第４図は本発明に係る回路
の実施例を示す結線図、第５図乃至第７図は本発明 路
の他の実施例図である。 １，２・・・・・・半導体抵抗効果素子、３・・・・・
・電源、４，５・・・・・・電流制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直列回路を構成する一対の半導体抵抗効果素子と、
   該素子の間に設けた出力端子と、前記素子に電流を供給
   する電源と、該電源と前記直列回路の両端間にそれぞれ
   接続され、且つ上記素子と反対の温度係数を有する第１
   電流制御回路及び第２電流制御回路とを備えることを特
   徴とする半導体抵抗効果素子の温度補償回路。