УДК: 681.586.78.049.77
АМЕЛИЧЕВ В.В., АМЕЛИЧЕВА Н.Л., ЧАПЛЫГИН Ю.А.
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТОКА НА ОСНОВЕ
БИПОЛЯРНОГО МАГНИТОТРАНЗИСТОРА
НПК "Технологический центр", 103498, Москва К-498, МИЭТ, НПК ТЦ,
тел.: (095) 5329979, (095) 913-21-92, e-mail: ont@techcen.zgrad.su
Для многих систем автоматического управления и контроля требуются
линейные датчики постоянных и переменных токов с относительно средними
значениями предела измерения, например в диапазоне 1÷100 А. При этом к
датчикам, наряду с заданной точностью, часто предъявляются требования
гальванической развязки входа и выхода, использования минимального числа
стандартных источников питания, малых габаритов, массы, потребляемой мощности
и стоимости датчика, возможность включения его без разрыва контролируемой
цепи, например в процессе изготовления соответствующего изделия.
Применяемые для этой цели датчики силы электрического тока (ДЭТ)
базируются на элементах Холла или пермаллоевых магниторезисторах.
Конструкциями таких ДЭТ предусмотрено отверстие для проводника, по которому
протекает контролируемый электрический ток. Часто для повышения магнитной
индукции применяют открытые ферритовые кольца и располагают в их зазоре
магниточувствительные элементы. Пермаллоевые ДЭТ по сравнению с
конструкциями, использующими эффект Холла имеют некоторые преимущества.
Они обладают лучшей линейностью и более высоким отношением сигнал/шум, но
время их срабатывания несколько хуже чем элементов Холла, работающих в
диапазоне частот 0÷100 кГц.
Токоведущий проводник создает вокруг себя магнитное поле, напряженность
которого H убывает с возрастанием расстояния r. Если установить единицы
измерения магнитной индукции B в мТл, силы электрического тока I в А, а
расстояние от проводника r в мм, то выражение, связывающее эти три параметра
будет иметь следующий вид B=0.2I/r. Как правило, расстояние от края проводника
(без учета его диэлектрической изоляции) до датчика магнитного поля, основанного,

например, на элементе Холла, составляет единицы мм. На этом расстоянии
происходят значительные энергетические потери контролируемого параметра,
которые, как правило, не восполняются без ущерба некоторым основным
характеристикам ДЭТ таким как, диапазон рабочих частот, точность,
быстродействие.
В разработанной нами конструкции интегрального датчика электрического
тока (ИДЭТ) расстояние от края проводника (без учета его диэлектрической
изоляции) до магниточувствительного элемента снижено до 0.1÷0.2 мм.
В качестве магниточувствительного элемента используется биполярный
магнитотранзистор
с
двумя
коллекторами
(БМТДК).
Относительная
магниточувствительность БМТДК составляет 10÷12 %Тл-1, а абсолютная, в
оптимальном режиме включения, - 1 ВТл-1.
В кремневой подложке с помощью анизотропного жидкостного химического
травления сформировано сквозное отверстие в виде квадрата, длинна стороны
которого совпадает с диаметром провода. По середине каждой стороны и в
непосредственной близости от края отверстия располагаются БМТДК. Провод с
контролируемым электрическим током пропускается через отверстие ИДЭТ
(например вовремя монтажа), а съем сигнала ведется с коллекторов БМТДК.
По предварительным результатам экспериментальных исследований ИДЭТ,
установлено, что чувствительность данной конструкции составляет 200 мкВА-1, при
потребляемой мощности до 50 мВт. Передаточная характеристика представляет
линейную зависимость выходного сигнала от контролируемого электрического тока.
Погрешность нелинейности данной зависимости не превышает 1 %.