Brevet FR2002258A1 — publié le 19691017

le générateur de Hall trouve des applications sans cesse croissantes à des fins de mesure, de commande et de régulation ainsi, par exemple, en liaison avec des amplificateurs de tension comme émetteur permanent de signal ou comme interrupteur ou aver-5 tisseur de valeurs limites, sans contacts électriques ni matériels. En général, lors de la mise en jeu du générateur de Hall, il faut prêter attention à ce que la course de température très élevée de la tension de Hall exploitée n'influence pas la conduite de l'interrupteur ou encore le gain total d'un dispositif de 10 mesure de cette sorte. Certes, il reste fondamentalement la possibilité de compenser cette influence de la température par une réaction accordée en conséquence et dépendante de la température dans le circuit d'entrée du dispositif d'amplification placé à la suite du générateur de Hall ; cependant cela nécessite de 15 prendre des mesures de dimensionnement très coûteuses en temps et de les adapter à chaque cas particulier ; en outre cela implique que le générateur de Hall' et l'amplificateur sont soumis à la mtme température ambiante, donc qu'ils ne doivent pas être disposés dans 1'espace séparément l'un de l'autre. 20 Le "but de la présente invention est de se libérer de ces exigences et d'atteindre la compensation nécessaire de 1'influence de la température d'une manière beaucoup plus simple. L'invention concerne un dispositif amplificateur de tension de Hall com- , x variation de , , pense vis-a-vis de la/temperature, caractérisé par un amplifica- 25 teur électronique disposé à la suite du générateur de Hall, et de grande amplification à vide, dont la sortie est reliée par une résistance de réaction avec une de ses entrées et celle-ci est reliée directement avec une sortie du générateur de Hall. On utilise ici la connaissance du fait qu'aussi bien pour la tension de 30 Hall que pour les résistances de parcours dans la plaquette de Hall, la température provoque des variations de mime sens et environ du mtme pourcentage ; de cette sorte, on atteint de la façon la plus simple et sans moyens spéciaux, une compensation de température pratiquement parfaite par l'intervention conforme à 35 l'invention de la résistance intérieure du générateur de Hall dans le réseau de réaction de 1*amplificateur électronique. Pour maintenir petite l'influence de la résistance de réaction dépendante de la température, on peut, selon une autre caractéristique de l'invention, et conformément au but, choisir la 40 valeur de la résistance de réaction au moins supérieure de deux 69 0421T 2 2002258 ordres décimaux à la résistance intérieure du côté de l'effet 1 Hall. Le dispositif amplificateur de tension de Hall peut trouver une application comme disjoncteur magnétique d'approximation, 5 lorsque l'amplificateur électronique est relié avec une résistance de réaction à une valeur positive surcritique et se comporte ainsi en bascule bistable. L'interrupteur à générateur de Hall répondra alors indépendamment de chaque température ambiante pour la même valeur du champ magnétique agissant sur le généra-10 teur de Hall, c'est-à-dire au même point de disjonction. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut, d'une façon arbitraire, maintenir constant en fonction de la température le domaine de disjonction du dispositif amplificateur de tension de Hall ; pour cela, entre une jonction du cêté de la 15 commande de l'effet Hall et du côté de l'effet Hall, on dispose un diviseur de tension et en partie dans le circuit d'entrée de l'amplificateur électroniqueon insère ce dernier. La résistance du diviseur de tension ainsi insérée dans le circuit d'entrée est dimensionnée convenablement quant à sa valeur ohmique de 20 telle sorte qu'elle soit au moins supérieure d'un ordre décimal à la résistance interne se trouvant en série avec elle du côté de l'effet Hall. Si, selon une autre forme de l'invention, la résistance de réaction fonctionne en réaction négative, on obtient tin émetteur 25 de signal constant en fonction de la température, linéaire et permanent. L'invention ainsi que ses diverses formes d'exécution vont maintenant être expliquées d'une façon plus complète à l'aide des figures du dessin annexé. 30 I«a fig. 1 montre en fonction de la température la variation du coefficient de température (a) des résistances de parcours dans une plaquette de Hall composée d'antimoniure d'indium ainsi que la variation du coefficient de température (p) de la tension de Hall. Les deux courbes désignées par a et présentent dans un 35 grand domaine de température pratiquement la même variation. Si "t* i l'on définit par EH et Ug les valeurs respectives à la température de 25°C de la résistance de parcours Bg et de la tension de Hall Ug, il en résulte, en utilisant les valeurs des coefficients qu'on peut tirer du diagramme de la figure 1 pour a et p, les re— 40 lations suivantes pour les températures s'écartant de 25°C. s 69 04211 3 2002258 lg « a . Eg+ et ïïjj « p « UH+ • 1 L'exemple de réalisation de l'invention représenté par la figure 2 est un dispositif interrupteur qui, lors du dépassement d'une valeur du flux B déterminée, traversant la plaquette 5 de Hall, doit donner un signal de sortie défini Ua, cette valeur de flux pouvant être atteinte par variation du courant d'excitation i d'un électroaimant 6 spécialement disposé ou par un passage de ce dernier devant la plaquette de Hall® A la place de l'é— lectro-aimant 6, peut intervenir évidemment toute autre source 10 de flux* Bans le détail, le dispositif conforme à l'invention se compose d'un amplificateur de différence 7, déjà connu en ce qui concerne son circuit interne alimenté par une tension continue U appliquée entre les bornes P et ï ; pour l'amplificateur de dif-15 férence, la tension de sortie TJ rapportée à un point de poten- 9L tie-l situé au milieu des potentiels P et H est reliée par une résistance de réaction E positive à une borne d'entrée de l'amplificateur 7* Si la tension d'entrée Ue de l'amplificateur de différence est nulle, s'a borne de sortie 8 présente le potentiel du 20 point précédemment mentionné (U ■ 0), tandis que pour une tension d'entrée U avec le sens indiqué sur la fig. 2 le potentiel de la borne de sortie 8 de 1'amplificateur de différence s'élève ; pour une polarité opposée de la tension d'entrée U elle s'abais- © se par contre. L'amplificateur de différence doit posséder une 25 amplification à vide grande dans son état non connecté et il peut ttre exécuté comme circuit intégré pour obtenir une construction compacte. Les bornes de sortie 5 et 4 de la plaquette de Hall 5 situées du côté de la tension de Hall sont immédiatement reliées 30 avec les entrées de l'amplificateur de différence 7» tandis que les bornes 1 et 2 de celle-ci du côté de la commande sont reliées à la tension continue à travers deux résistances de symétrie égalés 9 et 10o Le schéma équivalent de la plaquette de Hall 5 représenté sur la fig» 2, se compose des deux résistances égales 35 Eg/2 du côté de la commande et de deux résistances Rg/2, égales aussi, chacune en série avec la moitié de la tension de Hall Ug/2 du côté de l'effet Hall. Pour mémoire, on insère encore, entre les deux résistances de parcours Eg/2 du côté de la commande, une résistance Rq qui représente l'influence de la compo-santé ohmique à l'origine du générateur de Hall, qui se manifes— 69 04211 » 2002258 fte par ce fait qu'il apparaît une tension aux électrodes de Hall ) 3 et 4 lorsque le champ magnétique B est nul. Puisque cette ré— sistance Eq est pratiquement négligeable par rapport au reste des résistances de parcours, son influence n'interviendra pas dans la 5 suite de l'exposé. La tension de Hall Ug produite aux électrodes de sortie 3 et 4- du c8té de l'effet Hall se trouve donc en série avec une ré— sistance intérieure Bg et est appliquée à l'entrée de l'amplificateur de différence 7» I«es résistances R et E^/2 constituent un 10 diviseur de tension qui agit en réaction positive par une partie de sa tension de sortie TJ& dans le circuit d'entrée de l'amplificateur 7 et soutient ainsi la tension qui le commande» Cette par— tip de la tension de sortie en réaction positive est alors rendue par un dimensionnement correspondant de la résistance de réaction, 15 plus grande que la valeur de la tension d'entrée elle-même fai*» ble, et qui suffirait à une pleine modulation de l'amplificateur, celui-ci étant non connecté. Un amplificateur agissant de cette sorte en réaction positive surcritique prend une des deux positions limites possibles correspondant à la pleine modulation 20 dans le sens positif ou négatif et la partie de la tension de sortie en réaction positive doit d'abord être surmontée par une tension d'entrée avant qu'il en résulte un basculement de l'amplificateur à son autre positon limite. Il en résulte donc une marche en bascule à caractère/hystérésis, •comme représenté dans 25 son principe sur la fig. 3 ï la tension de sortie ïï de l'ampli- CL ficateur prend en fonction de la tension de Hall Ug chaque fois l'une de • deux valeurs définies, il en résulte alors le basculement d'un des états vers l'autre état, toujours après le dépassement de la limite correspondante de réponse —b ou +b. Pour tou— 30 tes les limites de réponse : V2 VS + R «Ua * 35 lorsque R est très grand vis-à-vis de Ru. on a : b « ®H . F. H» a Par conséquent, des limites de basculement arbitrairement étroites peuvent être déterminées par une résistance R de réaction, suffisamment grande. Cependant, dans le cadre de la présente invention, il est d'une importance beaucoup plus grande que 40 les limites de basculement varient sous l'influence de fluctua— 69 04211 5 2002258 tions de température selon pratiquement le mime facteur que la tension de Hall Ug apparaissant à la sortie du dispositif générateur de Hall 5 ; ceci devient clair en comparant sur la fig. 1, les coefficients de température a ou p rattachés à la tension de 5 Hall Ug et à la résistance de parcours Eg. Cette compensation sera d'autant meilleure que la résistance R de réaction sera choisie plus grande vis-à-vis de la résistance de parcours Eg. Un rapport des résistances R/BH compris entre 100 et 1000 s'est révélé favorable. -10 On souhaite, dans de nombreux cas d'application, modifier les limites de basculement du dispositif amplificateur représenté sur la fig. 2, de sorte que l'hystérésis de disjonction représenté sur la fig. 3 comme la position tracée en trait discontinu, son axe de symétrie vertical ayant subi une translation de & 15 parallèle à l'axe des abscisses. Pour cela, on peut sur le dispositif de la fig. 2 supprimer le pont de connexion entre les bornes 11 et 12 et relier celles-ci - comme indiqué en trait discontinu - aux bornes 13 et 14 ; de la sorte, la résistance 15 est insérée dans le circuit d'entrée de l'amplificateur de différen-20 ce 7 » elle forme, avec line résistance variable 16, un diviseur de tension qui à son tour se trouve entre les bornes 1 et 4. Pour un courant constant dans le circuit de commande - ce qui peut tou-jours être atteint par des résistances 9 et 10 à valeur ohmique suffisante - la chute de tension se produisant dans la résistance 25 15 forme un seuil supplémentaire dans le circuit d'entrée de l'amplificateur de différence ; ce seuil dépend dè la résistance de parcours Eg/2 variable avec la température, située du cêté de la commande ; ce seuil correspond dans le diagramme de la fig. 3 à la distance a. et varie sous l'influence de la température de 30 la même manière que la tension de Hall elle-même, de sorte que l'on a, ici encore, une compensation automatique relative au seuil vis-à-vis de la variation de température. Par exemple pour une tension de Hall devenant plus faible, par suite d'une élévation-de température, le seuil a devient de même plus petit et par con-35 séquent le dispositif répondra indépendamment de la température, dans les mêmes conditions de flux qu'avant cette élévation de température. Pour supposer à l'influence de la résistance de parcours située du côté de l'effet Hall on choisit la résistance 5 au moins 10 fois plus grande que la résistance de parcours EH/2 40 située en'série avec elle du côté de l'effet Hall. La variante du 69 04211 6 2002258 'circuit décrite en dernier lieu selon la fig. 2 convient comme t indicateur de limite et par exemple peut être utilisée au contrôle des flux dans les machines électriques ou dans des accélérateurs de particules. 5 La fig» 4 montre comme autre exemple d'application de l'in vention un amplificateur permanent de tension de Hall, qui par exemple peut trouver son emploi pour des mesures de flux. La différence avec le dispositif amplificateur à basculement représenté sur la fig. 2 consiste en ce que la résistance de réaction E est 10 maintenant branchée en réaction négative entre la sortie désignée par + et l'entrée désignée par - et de cette sorte le gain se détermine de façon connue à l'aide de l'impédance d'entrée - conformément à l'invention, cette dernière est la résistance intérieure du' générateur de Hall. Le reste du dispositif correspond à celui 15 de la fig. 2, en particulier on prévoit à nouveau deux résistances de symétrie, égales, 9 et 10, à haute valeur ohmique vis-à-vis des résistances intérieures de parcours du générateur de Hall, de sorte qu'un courant imposé peut s'écouler dans ce dernier du e8té de la commande. A partir du schéma équivalent du générateur 20 de Hall représenté sur la fig. 2, à partir d'une grande amplification à vide de l'amplificateur de différence 7 non connecté, ainsi qu'à partir de la relation E0/2 ^1, il en résulte pour la tension de sortie de 1'amplificateur t 25 \ -sçr- *V Le premier terme du deuxième membre de cette équation est à considérer comme le gain de tension, qui présente pratiquement la course de température inversement proportionnelle à celle de 30 la tension de Hall sollicitant l'amplificateur de différence : de la sorte, encore ici, la tension de sortie de l'amplificateur de différence 7 reste pratiquement non influencée par les variations de température » 69-0421î 7 2002258 REVENDICATIONS 1. Dispositif énrplif icateur de tension de Hall compensé vis-à-vis de la variation de température, caractérisé par un amplificateur électronique 7 à grande amplification à vide qui est 5 disposé à la suite d'un générateur de Hall 5» et dont la sortie est reliée à travers une résistance de réaction R avec une de ses entrées et cette dernière est reliée directement à une sortie du générateur de Hall. 2. Dispositif seloii la revendication 1, caractérisé par le 10 fait que la valeur de la résistance R de réaction est au moins de deux ordres décimaux plus grandè que la résistance intérieure Rg du côté de l'effet Hall. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, particulièrement pour l'application comme disjoncteur magnétique d'approxima- 15 tion caractérisé par une résistance de réaction en réaction positive surcritique pour 1'amplificateur électronique. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un diviseur de tension situé entre deux jonctions au générateur de Hall, l'une dm côté de la commande, l'autre du côté de l'effet 20 Hall (1,4-), et partiellement inséré' dans le circuit d'entrée de 1*amplificateur électronique (15, 16). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la valeur de la résistance insérée dans le circuit d'entrée de 1*amplificateur électronique (15)* est au moins d'un or- 25 dre décimal plus grande que la résistance intérieure située du côté de l'effet Hall et en série avec cette première résistance. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une résistance 16 du diviseur de tension est variable» 7« Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractéri-30 sé par une résistance de réaction en réaction négative pour l'amplificateur électronique.