JPS6135717B2 - - Google Patents
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- JPS6135717B2 JPS6135717B2 JP52068555A JP6855577A JPS6135717B2 JP S6135717 B2 JPS6135717 B2 JP S6135717B2 JP 52068555 A JP52068555 A JP 52068555A JP 6855577 A JP6855577 A JP 6855577A JP S6135717 B2 JPS6135717 B2 JP S6135717B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、磁気抵抗素子、ホール素子等の半導
体磁電変換素子を用いた磁電変換装置に関する。
体磁電変換素子を用いた磁電変換装置に関する。
半導体磁電変換素子等にインジウムアンチモナ
イドInSb、インジウムア―セナイドInAs、ガリ
ウムア―セナイドGaAs等は、素子にかかる磁束
密度と素子電流の積に比例した出力が得られると
ころから、単なる磁気センサーとしてのみでな
く、乗算、除算、開平等の演算素子や、各種機能
素子としての用途が開発されている。第１図は、
磁気抵抗素子を用いた磁気センサーの一従来例を
示し、Ｍはフエライト基板２上に載置された
InSb等の磁気抵抗素子、３は、フエライト基板
２を載置固定する永久磁石、４，５は、素子Ｍ上
方に、これに近接するよう配置されたコアおよび
コイル、６は、コイル端子、７は、磁気抵抗素子
端子である。かかる構造の磁気センサーでは、磁
気抵抗素子Ｍの抵抗変化は、磁気バイアスのない
状態では、印加磁束密度に対し、自乗特性を示す
ため磁界の極性に無関係であるが、磁気バイアス
をかけることによつて磁界の極性に応答するよう
になる。さらにこの磁気抵抗素子は、バイアス磁
界が強磁界領域では、素子の信号磁束密度に対す
る抵抗値変化は直線的に変化することが知られて
いる。また強磁界領域においては、磁気抵抗素子
に印加する磁束密度ＢM、この磁束を発生させる
電流ｉM、素子電流ｉsとの相乗作用に応じた電圧
変化が得られる。次に磁気抵抗素子の磁気抵抗に
ついて説明すると、磁気抵抗Ｒは、次式で表わさ
れる。
イドInSb、インジウムア―セナイドInAs、ガリ
ウムア―セナイドGaAs等は、素子にかかる磁束
密度と素子電流の積に比例した出力が得られると
ころから、単なる磁気センサーとしてのみでな
く、乗算、除算、開平等の演算素子や、各種機能
素子としての用途が開発されている。第１図は、
磁気抵抗素子を用いた磁気センサーの一従来例を
示し、Ｍはフエライト基板２上に載置された
InSb等の磁気抵抗素子、３は、フエライト基板
２を載置固定する永久磁石、４，５は、素子Ｍ上
方に、これに近接するよう配置されたコアおよび
コイル、６は、コイル端子、７は、磁気抵抗素子
端子である。かかる構造の磁気センサーでは、磁
気抵抗素子Ｍの抵抗変化は、磁気バイアスのない
状態では、印加磁束密度に対し、自乗特性を示す
ため磁界の極性に無関係であるが、磁気バイアス
をかけることによつて磁界の極性に応答するよう
になる。さらにこの磁気抵抗素子は、バイアス磁
界が強磁界領域では、素子の信号磁束密度に対す
る抵抗値変化は直線的に変化することが知られて
いる。また強磁界領域においては、磁気抵抗素子
に印加する磁束密度ＢM、この磁束を発生させる
電流ｉM、素子電流ｉsとの相乗作用に応じた電圧
変化が得られる。次に磁気抵抗素子の磁気抵抗に
ついて説明すると、磁気抵抗Ｒは、次式で表わさ
れる。
Ｒ＝ＲBｏ＋SBM（＝S′iM） ……
ここで、ＲBｏはバイアス磁束密度Boにおける
磁気抵抗素子の抵抗値、ＳおよびS′は直線領域に
おける感度係数、ＢMは信号束密度、ｉMは信号磁
束密度ＢMを発生するコイル電流である。
磁気抵抗素子の抵抗値、ＳおよびS′は直線領域に
おける感度係数、ＢMは信号束密度、ｉMは信号磁
束密度ＢMを発生するコイル電流である。
いま素子電流isを流すと、素子両端電圧Ｖは、
次式で表わされる。
次式で表わされる。
Ｖ＝isR
＝isRBo＋S′isiM ……
式右辺第１項は、バイアス状態の磁気抵抗素
子抵抗値（通常約102〜103Ω）に基く電圧降下
で、第２項は、素子電流isと磁束を発生させるた
めの信号電流ｉMの相乗効果による電圧変動を表
わす。式右辺第２項の電圧降下△Ｖだけを取り
だすには、第２図に示すブリツジ回路、が使用さ
れブリツジの他の抵抗値をすべてRo＝ＲBｏに設
定すると、出力電圧△Ｖは、 △Ｖ＝１／２S′isiM …… となり、素子電流isと信号電流ｉMの積に比例
した出力電圧を得ることができる。このような特
性を用いて、乗算器、除算器、開平器等の演算器
として用いることができるほか、電力センサー、
周波数センサー、直流、交流変換器等への応用が
提案されている。
子抵抗値（通常約102〜103Ω）に基く電圧降下
で、第２項は、素子電流isと磁束を発生させるた
めの信号電流ｉMの相乗効果による電圧変動を表
わす。式右辺第２項の電圧降下△Ｖだけを取り
だすには、第２図に示すブリツジ回路、が使用さ
れブリツジの他の抵抗値をすべてRo＝ＲBｏに設
定すると、出力電圧△Ｖは、 △Ｖ＝１／２S′isiM …… となり、素子電流isと信号電流ｉMの積に比例
した出力電圧を得ることができる。このような特
性を用いて、乗算器、除算器、開平器等の演算器
として用いることができるほか、電力センサー、
周波数センサー、直流、交流変換器等への応用が
提案されている。
然しながら上述の各種装置に使用される従来の
磁電変換装置は、次のような欠点を有する。コ
イルのインダクタンスが大きいため高周波領域に
おける用途に制限がある。磁石と、コアの間隙
に磁気抵抗素子を挿入した構造であるから、組立
が面倒であり、また荘置が大型となり、IC化さ
れた回路中に用いることが難しい。InSb等の
磁気抵抗素子は、温度による抵抗変化が大きいた
め、温度補償用のサーミスタ等を素子に接続する
必要がある。
磁電変換装置は、次のような欠点を有する。コ
イルのインダクタンスが大きいため高周波領域に
おける用途に制限がある。磁石と、コアの間隙
に磁気抵抗素子を挿入した構造であるから、組立
が面倒であり、また荘置が大型となり、IC化さ
れた回路中に用いることが難しい。InSb等の
磁気抵抗素子は、温度による抵抗変化が大きいた
め、温度補償用のサーミスタ等を素子に接続する
必要がある。
本発明は、以上のような欠点を解消する新規な
磁電変換装置を提供するものである。以下に図面
を参照して、本発明第１実施例磁気センサーを説
明する。第３図において、M1，M2は、高透磁率
を有するフエライト基板２上に並列配置された１
対のInSbよりなる磁気抵抗素子で素子電流によ
つて生じる磁界を打ち消すようつづら折形状に構
成されている。１は、これら磁気抵抗素子M1，
M2中間に配置された棒状の励磁用導体で、信号
磁界発生手段としてはたらくものであり、磁気抵
抗素子と同じ材料、今の場合InSbを使用しても
よく、また他の導体を用いることもできる。なお
第４図に示すように磁気抵抗素子M1，M2および
励磁用導体１上には、フエライト板よりなるヨー
ク８が載置され、前述の基板２との間で、磁気抵
抗素子M1，M2および励磁用導体１を、挾持する
構造となつている。
磁電変換装置を提供するものである。以下に図面
を参照して、本発明第１実施例磁気センサーを説
明する。第３図において、M1，M2は、高透磁率
を有するフエライト基板２上に並列配置された１
対のInSbよりなる磁気抵抗素子で素子電流によ
つて生じる磁界を打ち消すようつづら折形状に構
成されている。１は、これら磁気抵抗素子M1，
M2中間に配置された棒状の励磁用導体で、信号
磁界発生手段としてはたらくものであり、磁気抵
抗素子と同じ材料、今の場合InSbを使用しても
よく、また他の導体を用いることもできる。なお
第４図に示すように磁気抵抗素子M1，M2および
励磁用導体１上には、フエライト板よりなるヨー
ク８が載置され、前述の基板２との間で、磁気抵
抗素子M1，M2および励磁用導体１を、挾持する
構造となつている。
このような構造の磁気センサーにおいて、い
ま、、励磁用導体１に電流ｉMを流すと、この電流
によつて生じる磁界９は、第４図矢印で示すよう
に、２個の磁気抵抗素子M1，M2に対し、それぞ
れ逆方向となる。この磁束密度を概算すると、素
子M1，M2上の点１０の磁界Ｈは、 Ｈ＝Ｉ／２πｒ（Am-1） …… ここで、Ｉは励磁用導体１に流れる電流、ｒは
励磁用導体１と点１０までの距離である。いま例
えばＩ＝10-3A、ｒ＝0.3mmとすると Ｈ＝6.6×10-3（oe） となり、透磁率１の状態で、約6.6mGaussの磁
束密度を得ることができ、また、基板２とヨーク
８によるサンドイツチ構造とすることにより、磁
束密度を１桁以上上げることが可能となり、励磁
電流10-4〜1A程度の動作範囲を得ることができ
る。さらに磁気抵抗素子M1，M2は、特に磁気バ
イアスされた状態において磁束密度の変動に対す
る感度がよく、数mGause程度の変動を十分検出
することができる。それ故、第５図に示す第２実
施例の如く基板２上に、永久磁石１１を載置した
構造とすることができる。なお、第５図中M1，
M2は、磁気抵抗素子、２，８は、それぞれ基板
およびヨークで、フエライト等高透磁率材よりな
る。１は基板２上において、磁気抵抗素子M1，
M2の中間に位置して設けられた励磁用導体、１
２は、基板２が固定される絶縁基板、１３は磁気
抵抗素子M1，M2のリード線、１４はリード線１
３に接続されるリードピン、１５は、高透磁率材
よりなるモールド体で、外部からの磁界をシール
ドするとともに、バイアス磁界の磁気回路を構成
している。ここで、永久磁石１１としては、希土
類フエライト等を用いれば数mm角のもので十分で
あり、リード線１３の配線は、通常のトランジス
タにおける配線工程や、パツケージ法が使用でき
る。
ま、、励磁用導体１に電流ｉMを流すと、この電流
によつて生じる磁界９は、第４図矢印で示すよう
に、２個の磁気抵抗素子M1，M2に対し、それぞ
れ逆方向となる。この磁束密度を概算すると、素
子M1，M2上の点１０の磁界Ｈは、 Ｈ＝Ｉ／２πｒ（Am-1） …… ここで、Ｉは励磁用導体１に流れる電流、ｒは
励磁用導体１と点１０までの距離である。いま例
えばＩ＝10-3A、ｒ＝0.3mmとすると Ｈ＝6.6×10-3（oe） となり、透磁率１の状態で、約6.6mGaussの磁
束密度を得ることができ、また、基板２とヨーク
８によるサンドイツチ構造とすることにより、磁
束密度を１桁以上上げることが可能となり、励磁
電流10-4〜1A程度の動作範囲を得ることができ
る。さらに磁気抵抗素子M1，M2は、特に磁気バ
イアスされた状態において磁束密度の変動に対す
る感度がよく、数mGause程度の変動を十分検出
することができる。それ故、第５図に示す第２実
施例の如く基板２上に、永久磁石１１を載置した
構造とすることができる。なお、第５図中M1，
M2は、磁気抵抗素子、２，８は、それぞれ基板
およびヨークで、フエライト等高透磁率材よりな
る。１は基板２上において、磁気抵抗素子M1，
M2の中間に位置して設けられた励磁用導体、１
２は、基板２が固定される絶縁基板、１３は磁気
抵抗素子M1，M2のリード線、１４はリード線１
３に接続されるリードピン、１５は、高透磁率材
よりなるモールド体で、外部からの磁界をシール
ドするとともに、バイアス磁界の磁気回路を構成
している。ここで、永久磁石１１としては、希土
類フエライト等を用いれば数mm角のもので十分で
あり、リード線１３の配線は、通常のトランジス
タにおける配線工程や、パツケージ法が使用でき
る。
このような構成の磁気センサーにおいて、磁気
抵抗素子M1，M2に電流isを、励磁用導体１に信
号電流ｉMを流し、第１０図に示すブリツジ回路
によつて出力電圧をとりだすと、出力電圧△Ｖ
は、 △Ｖ＝S′isiM …… で表わされる。すなわち、信号磁界は、プツシ
ユ・プルにはたらき、かつ、この構造ですでに温
度補償がなされている。
抵抗素子M1，M2に電流isを、励磁用導体１に信
号電流ｉMを流し、第１０図に示すブリツジ回路
によつて出力電圧をとりだすと、出力電圧△Ｖ
は、 △Ｖ＝S′isiM …… で表わされる。すなわち、信号磁界は、プツシ
ユ・プルにはたらき、かつ、この構造ですでに温
度補償がなされている。
第６図および第７図は、本発明第３実施例を示
し、磁気抵抗素子M1〜M24個をブリツジ構成に接
続したものを示し、第６図は、基板２上の素子
M1〜M4および励磁用導体１の配列状態を、また
第７図は、配線状態を示す。ここで励磁用導体１
に電流ｉM、素子電流入力端子１５に電流isを流
すと、出力端１６には、電圧変化分△Ｖ（＝
S′isiM）のみが出力され、ホール素子同様に扱う
ことができる。かかる装置は、ホール素子を用い
た同様の機能装置に比較し、すでに温度補償がな
されていること、磁気バイアス下における磁界変
動に対する感度が良いこと、さらに磁気抵抗素子
を励磁電流方向に大きくするなどパターンの設計
によつて感度を増大できること等の点で優れてい
る。
し、磁気抵抗素子M1〜M24個をブリツジ構成に接
続したものを示し、第６図は、基板２上の素子
M1〜M4および励磁用導体１の配列状態を、また
第７図は、配線状態を示す。ここで励磁用導体１
に電流ｉM、素子電流入力端子１５に電流isを流
すと、出力端１６には、電圧変化分△Ｖ（＝
S′isiM）のみが出力され、ホール素子同様に扱う
ことができる。かかる装置は、ホール素子を用い
た同様の機能装置に比較し、すでに温度補償がな
されていること、磁気バイアス下における磁界変
動に対する感度が良いこと、さらに磁気抵抗素子
を励磁電流方向に大きくするなどパターンの設計
によつて感度を増大できること等の点で優れてい
る。
第８図および第９図は、ホール素子を用いた本
発明第４実施例を示し、Insb等よりなるホール素
子H1，H2を、同一のフエライト基板２上に励磁
用導体１を挾んで配列し、さらにこれらをヨーク
８で覆い、基板２との間で素子H1，H2を貫通す
る磁気回路１７を形成したものである。励磁用導
体１により発生する磁界は、ホール素子H1，H2
により互いに逆方向であるから、入力端子１８よ
りホール素子H1，H2に流す電流の方向を矢印で
示す如く互いに逆方向にすれば、出力端１９に
は、各々のホール素子H1，H2出力の和が得られ
る。なお本例においては、一対のホール素子を使
用した場合について述べたが、ホール素子の場合
は、１個のみでよく、また、２個使用した場合、
必ずしも両素子の特性が揃つていなくてもよいこ
と等は、磁気抵抗素子の場合と異なる。またホー
ル素子の場合は、バイアス磁界を発生する磁石は
不要である。
発明第４実施例を示し、Insb等よりなるホール素
子H1，H2を、同一のフエライト基板２上に励磁
用導体１を挾んで配列し、さらにこれらをヨーク
８で覆い、基板２との間で素子H1，H2を貫通す
る磁気回路１７を形成したものである。励磁用導
体１により発生する磁界は、ホール素子H1，H2
により互いに逆方向であるから、入力端子１８よ
りホール素子H1，H2に流す電流の方向を矢印で
示す如く互いに逆方向にすれば、出力端１９に
は、各々のホール素子H1，H2出力の和が得られ
る。なお本例においては、一対のホール素子を使
用した場合について述べたが、ホール素子の場合
は、１個のみでよく、また、２個使用した場合、
必ずしも両素子の特性が揃つていなくてもよいこ
と等は、磁気抵抗素子の場合と異なる。またホー
ル素子の場合は、バイアス磁界を発生する磁石は
不要である。
以上説明したように本発明磁電変換装置は、従
来比較的大きな容積を有していた磁気コアおよび
コイルを不要とするものであるから、半導体磁電
変換装置の小型化がはかられ、磁電変換装置の集
積回路化が実現できる。また、基板と、コアの微
少なギヤツプに磁気抵抗素子若しくはホール素子
を挿入するという面倒な作製工程は不要となるた
め、製造が容易となる。さらにコイルを使用しな
いため高周波領域の使用が可能となり、使用帯域
を拡げることができるなどの効果がある。
来比較的大きな容積を有していた磁気コアおよび
コイルを不要とするものであるから、半導体磁電
変換装置の小型化がはかられ、磁電変換装置の集
積回路化が実現できる。また、基板と、コアの微
少なギヤツプに磁気抵抗素子若しくはホール素子
を挿入するという面倒な作製工程は不要となるた
め、製造が容易となる。さらにコイルを使用しな
いため高周波領域の使用が可能となり、使用帯域
を拡げることができるなどの効果がある。
第１図は、従来例断面図、第２図は、従来例を
説明するための回路図、第３図は、本発明第１実
施例平面図、第４図は、同例断面図、第５図は本
発明第２実施例断面図、第６図は、本発明第３実
施例平面図、第７図は、同例を説明するための回
路図、第８図は、本発明第４実施例平面図、第９
図は、同例断面図、第１０図は、本発明第１実施
例を説明するための回路図である。 Ｍ，M1〜M4……磁気抵抗素子、１……励磁用
導体、２……基板、１１……磁石、４……コア、
５……コイル、８……ヨーク、H1，H2……ホー
ル素子。
説明するための回路図、第３図は、本発明第１実
施例平面図、第４図は、同例断面図、第５図は本
発明第２実施例断面図、第６図は、本発明第３実
施例平面図、第７図は、同例を説明するための回
路図、第８図は、本発明第４実施例平面図、第９
図は、同例断面図、第１０図は、本発明第１実施
例を説明するための回路図である。 Ｍ，M1〜M4……磁気抵抗素子、１……励磁用
導体、２……基板、１１……磁石、４……コア、
５……コイル、８……ヨーク、H1，H2……ホー
ル素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高透磁率を有する基板上に磁電変換素子と励
磁用導体を固定し、前記磁電変換素子および励磁
用導体上に高透磁率を有するヨークを載置してな
り、励磁用導体に通電することにより発生する磁
界を磁電変換素子に印加することを特徴とする磁
電変換装置。 ２ 高透磁率を有する基板上に１対の磁電変換素
子および両磁電変換素子の中間位置に励磁用導体
を固定するとともに、前記磁電変換素子および励
磁用導体上に高透磁率を有するヨークを載置して
なり、励磁用導体に通電することにより発生する
磁界を磁電変換素子に印加することを特徴とする
磁電変換装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、磁電変換素
子をつづら折等磁電変換素子に流れる電流によつ
て小じる磁界を打ち消す形状にするとともに、磁
電変換素子に磁気バイアスを加えたことを特徴と
する磁電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6855577A JPS542078A (en) | 1977-06-07 | 1977-06-07 | Magnetoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6855577A JPS542078A (en) | 1977-06-07 | 1977-06-07 | Magnetoelectric converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS542078A JPS542078A (en) | 1979-01-09 |
| JPS6135717B2 true JPS6135717B2 (ja) | 1986-08-14 |
Family
ID=13377114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6855577A Granted JPS542078A (en) | 1977-06-07 | 1977-06-07 | Magnetoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS542078A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61114866U (ja) * | 1985-12-26 | 1986-07-19 | ||
| KR910004261B1 (ko) * | 1987-04-09 | 1991-06-25 | 후지쓰 가부시끼가이샤 | 자전 변환 소자를 이용한 검지기 |
-
1977
- 1977-06-07 JP JP6855577A patent/JPS542078A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS542078A (en) | 1979-01-09 |
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