5100 シリーズ用 プローブ - 東陽テクニカ

ホール 素 子 チュートリアル
ホール 素 子 の 選 択 にあたってはお 客 様 の 使 用 環 境 に 応 じたいくつかの 項 目 やパラメータを 選 択 してください
(ホール 素 子 材 料 、 動 作 温 度 範 囲 、 磁 気 感 度 、 温 度 係 数 、パッケージ、 周 波 数 応 答 、 入 出 力 抵 抗 など)
ホール 素 子 は 回 転 速 度 計 、 方 位 磁 石 、 磁 化 機 、 非 接 触 スイッチなどで、 位 置 、 傾 き、 圧 力 、 薄 さ、 電 流 、 電 圧 、 電 力 、
周 波 数 、そして 磁 場 測 定 に 使 用 されています。その 他 、ブラシレスモータの 整 流 器 や、 航 空 機 業 界 における 金 属 の
ひび 割 れの 非 破 壊 検 査 にも 使 用 されています。
定 格 制 御 電 流 (mA)
定 格 制 御 電 流 は 通 常 ホール 素 子 を 動 作 させるときに 推 奨 される 値 です。
出 力 は 制 御 電 流 や、 入 力 抵 抗 の 温 度 依 存 性 によって 影 響 を 受 けます。
例 えば、 定 電 圧 源 を 使 用 している 場 合 、 入 力 抵 抗 が 温 度 により 変 化 するこ
とで、 素 子 を 流 れる 電 流 が 変 化 してしまうので、 結 果 的 に 感 度 に 影 響 を 及
ぼします。
最 大 制 御 電 流 (mA)
最 大 制 御 電 流 は 室 温 (= 25℃)におけるホール 素 子 の 最 大 消 費 電 力 から
求 められる 値 です。 制 御 電 流 が 大 きいほど 出 力 が 大 きくなるため、ホール
素 子 はこの 最 大 制 御 電 流 が 可 能 な 限 り 大 きくなるよう 設 計 されています。
入 出 力 抵 抗 (Ω)
基 本 的 に 小 さいほど 良 いとされます。 入 力 抵 抗 が 小 さいほど 電 圧 降 下 や 熱
損 失 が 下 がり、 出 力 抵 抗 が 小 さいほど 終 端 抵 抗 は 小 さくてすみ、その 結 果
全 体 のノイズは 軽 減 できます。
磁 気 感 度 (mV/mAkG)
制 御 電 流 を 流 しているときのホール 素 子 に 与 えられた 磁 場 に 対 して 発 生 す
る 出 力 電 圧 値 を 示 します。 例 えば 感 度 0.10mV/mAkG のホールセンサに
150mA の 制 御 電 流 を 流 し、3kG の 磁 場 を 素 子 に 対 して 30°の 角 度 で 与 え
ると 出 力 電 圧 は 次 の 式 のようになります。
もし 磁 場 をホール 素 子 に 対 して 垂 直 に 与 えれば、 上 の 式 の sin θは 1 にな
ります。
ホール 素 子 の 出 力 は+ V H と− V H の 電 位 差 であり、この 値 はグランドから
みたコモンモード 電 圧 で 与 えられるので 実 際 には 制 御 電 流 値 と 入 力 抵 抗 値
の 半 分 の 積 になります。 例 えば、150mA の 制 御 電 流 で 入 力 抵 抗 を 1.5 Ωと
すれば V H
+とV H
−の 電 位 差 を 等 しく 分 けることができます。
ホール 電 圧 はグランドから 見 た 値 として 計 算 するため、これを 正 にする 場
合 は 電 位 差 の 半 分 を 加 えたものは+ V H 、 引 いたものを− V H とすることで
求 めることができます。
逆 にグランドから 見 て 負 のホール 電 圧 を 設 定 する 場 合 にはグランドから 見
た 電 位 差 の 半 分 を 引 いたものを+ V H 、 加 えたものを− V H とすることで 求
めることができます。
磁 場 の 方 向 に 合 わせてこれを 決 めてください。
不 正 列 電 圧 V M (mv)
不 正 列 電 圧 の 例 としてはオフセット 電 圧 がよく 知 られていると 思 います。
零 磁 場 のときにホール 素 子 は 理 想 的 には 零 の 電 位 差 を 出 力 します。しかし、
ホールプレートを 正 確 に 対 称 に 接 続 することができないことでオフセット
が 発 生 します。そこで V M を 測 定 するときは 地 磁 気 (~ 0.5G)の 影 響 を 避
けるためにホール 素 子 をゼロガウスチェンバーに 入 れて 行 ってください。
使 用 の 際 は、ポテンショメータやソフトウェアを 用 いて、この 電 圧 をキャ
ンセルしてください。
線 形 終 端 抵 抗 R LIN (Ω)
ホール 素 子 の 線 形 性 を 最 大 限 引 き 出 すためには、 線 形 終 端 抵 抗 が 必 要 です。
しかしながら、 線 形 終 端 抵 抗 によって 負 荷 がかかるため、 線 形 性 が 改 善 す
る 分 、 感 度 は 低 下 します。
線 形 性 (%)
このパラメータは 直 線 からの 逸 脱 を、 測 定 値 のパーセンテージで 表 したも
のです。 理 想 的 な 応 答 は 正 負 双 方 の 磁 場 に 対 して 直 線 になります。
反 転 誤 差 (%)
反 転 誤 差 もわずかではありますが 存 在 します。 例 えばホール 素 子 が 正 の
2kG の 磁 場 中 で 30mV を 出 力 していたのに 負 の 2kG の 磁 場 中 では 30.3mV
を 出 力 するといったものです。この 誤 差 はホール 素 子 の 不 均 一 性 や 接 続 部
に 依 存 しています。
V M の 温 度 によるドリフト(μV/℃)
この 値 は 正 か 負 の 傾 きをもち 補 償 が 困 難 です。ホール 素 子 に 一 定 電 圧 を 与
えることでドリフト 量 を 減 らす 方 法 があります。
K HOC の 温 度 によるドリフト(% /℃)
このパラメータは 温 度 による 感 度 の 変 化 を 示 します。 常 に 負 の 値 を 持 ち、
プレートの 材 質 で 決 まります。 InAs と GaAs の 場 合 レンジの- 0.08%/C か
ら- 0.01%/C、InSb は 約 − 2%/C になります。このドリフトは 正 の 温 度 係 数
を 持 つ 定 電 流 源 を 使 用 することで 補 償 できます。
抵 抗 値 の 温 度 によるドリフト(% /℃)
入 力 、 出 力 双 方 の 抵 抗 値 は 温 度 によって 変 化 します。 入 力 抵 抗 のドリフト
は 定 電 流 源 を 使 用 することで 最 小 にできます。 InAs と GaAs の 抵 抗 値 ド
リフトは+ 0.3%/℃で、InSb は 約 − 2%/℃になります。
温 度 によって 抵 抗 値 が 正 にドリフトすると、V HOC は 負 にドリフトします。
なぜなら 抵 抗 値 が 増 加 することによって 電 流 が 減 少 し、その 結 果 、 出 力 電
圧 が 減 少 してしまうからです。
またデータシートでは 定 義 できませんが、 磁 気 抵 抗 効 果 も 場 合 によっては
無 視 できません。 磁 気 抵 抗 効 果 とは、ホール 素 子 が 磁 場 にさらすとその 入
出 力 抵 抗 が 変 わってしまう 現 象 です。 抵 抗 値 は 正 負 両 方 向 の 磁 場 に 対 して
増 加 するため、その 関 係 は 放 物 線 で 近 似 できます。
あくまで 参 考 値 ですが、 抵 抗 の 変 化 は InAs と GaAs で - 0.5%/kG、InSb で
25%/kG です。 他 の 場 合 と 同 様 に、 磁 気 抵 抗 はホール 素 子 の 材 質 と 素 子 の
形 状 に 依 存 します。
低 磁 場 (< 1G)は、ホール 素 子 の 近 くにフェライト 製 コンセントレータ
を 置 き、 装 置 全 体 をパッキングすることによって 測 ることができます。 特
別 なパッキングで 低 温 (- 269℃)から 175℃までの 測 定 が 可 能 となります。
放 射 線 に 曝 されると 素 子 の 特 定 は 劣 化 してしまいますが、 軽 い 脱 ガスを 行
うだけで、 宇 宙 空 間 で 使 用 することも 可 能 です。ある 機 種 では、23T(1T
= 10kG)まで 線 形 性 が 確 認 されています。また 二 軸 三 軸 デバイスなら 磁
場 のベクトル 成 分 を 図 ることができます。
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