磁電式傳感器-霍爾傳感器

1、第六章第六章 磁敏傳感器磁敏傳感器 霍爾傳感器霍爾傳感器 Hall Sensor霍爾式傳感器霍爾式傳感器 霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種傳感器?；魻杺鞲衅魇腔诨魻栃囊环N傳感器。18791879年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中年美國物理學家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應發(fā)現(xiàn)了霍爾效應, , 但由于但由于金屬材料金屬材料的霍爾效的霍爾效應太弱而沒有得到應用。隨著半導體技術的應太弱而沒有得到應用。隨著半導體技術的發(fā)展發(fā)展, , 開始用開始用半導體材料半導體材料制成霍爾元件制成霍爾元件, , 由由于它的霍爾效應顯著而得到應用和發(fā)展?；粲谒幕魻栃@著而得到應用和發(fā)展。霍爾傳感器廣泛用于電

2、磁測量、壓力、加速度、爾傳感器廣泛用于電磁測量、壓力、加速度、振動等方面的測量。振動等方面的測量。 霍爾元件是一霍爾元件是一種四端元件種四端元件 霍爾式傳感器是基于霍爾式傳感器是基于霍爾效應霍爾效應而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器?；魻柶骷且环N磁敏傳感器，利用半導體元件對磁一種傳感器?；魻柶骷且环N磁敏傳感器，利用半導體元件對磁場敏感的特性來實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換，它們可以檢測磁場及其變化，可場敏感的特性來實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換，它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。在各種與磁場有關的場合中使用。 按照霍爾器件的功能可將它們分為：按照霍爾器件的功能可將它們分

3、為：霍爾線性器件霍爾線性器件和和霍爾開霍爾開關器件關器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 霍爾器件具有許多霍爾器件具有許多優(yōu)點優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高( (可達可達1 1 MHz)MHz)，耐振動，不怕，耐振動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；覊m、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高。采

4、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高。采用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達- -5555+150+150。m霍爾傳感器的工作原理霍爾傳感器的工作原理1 1霍爾效應霍爾效應 半導體薄片置于磁感應強度為半導體薄片置于磁感應強度為B B 的磁場中，磁場方向垂直的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流于薄片，當有電流I I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢上將產(chǎn)生電動勢E EH H，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 磁感應強度磁感應強度B B為零時

5、的情況為零時的情況A AB BC CD D當有圖示方向磁場當有圖示方向磁場B B作用時作用時 作用在半導體薄片上的磁場強度作用在半導體薄片上的磁場強度B B越強，霍爾電勢也就越高。越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱莼魻栯妱軺 UH H可用下式表示：可用下式表示： UH=KH IB霍爾效應演示霍爾效應演示 當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導體薄片側(cè)偏移，在半導體薄片A A、B B方向的端面之間建立起霍爾電方向的端面之間建立起霍爾電勢。勢。A AB BC CD DUHbldIFLFEvB設霍爾元件為設霍爾元件為N N型型半導

6、體，當它通電流半導體，當它通電流I I時時 FL = qvB 當電場力與洛侖茲力相等時，達到動態(tài)平衡，當電場力與洛侖茲力相等時，達到動態(tài)平衡，這時有這時有 qEH=qvBdIBRUHHRH被定義為霍爾元件的被定義為霍爾元件的霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)。顯然，霍爾系。顯然，霍爾系數(shù)由半導體材料的性質(zhì)決定，它反映材料霍爾效數(shù)由半導體材料的性質(zhì)決定，它反映材料霍爾效應的強弱。應的強弱。 n為半導體中的電子濃度，即單位體積中的電子數(shù)，負號表為半導體中的電子濃度，即單位體積中的電子數(shù)，負號表示電子運動方向與電流方向相反。示電子運動方向與電流方向相反。dRKHH設IBKUHHKH即為霍爾元件的靈敏度，它表示一個霍爾

7、元件在單位控制電流和單位磁感應強度時產(chǎn)生的霍爾電壓的大小. 單位是mV/（mAT）nqdKH1IEvlUEvIbBlUvbBUHlBUbRbdlUdBRRUdBRdIBRUHHHHHHR HRpedIBUHHRbBlUvbBUHdRKHH可以推出，霍爾電動勢可以推出，霍爾電動勢UH的大小為：的大小為： HHcosUk IB式中：式中：kH為靈敏度系數(shù)，為靈敏度系數(shù)，kH= RH/d，表示在單位磁感應強度和單，表示在單位磁感應強度和單位控制電流時的霍爾電動勢的大小位控制電流時的霍爾電動勢的大小, ,與材料的物理特性（霍爾系與材料的物理特性（霍爾系數(shù)）和幾何尺寸數(shù)）和幾何尺寸d d有關；有關； 霍

8、爾系數(shù)霍爾系數(shù)RH1/(nq)，由材料物理性質(zhì)所決定，由材料物理性質(zhì)所決定，q為電子電荷量為電子電荷量 ；n為材料中的電子濃度。為材料中的電子濃度。 為磁場和薄片法線夾角。為磁場和薄片法線夾角。 2 2霍爾元件霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片( (一般為一般為4 4 mmmm2 2 mmmm0.10.1 mm)mm)，經(jīng)研磨拋光，然后用蒸發(fā)合金法或其他方法制作歐姆接觸電極，經(jīng)研磨拋光，然后用蒸發(fā)合金法或其他方法制作歐姆接觸電極，最后焊上引線并封裝。而薄膜霍爾元件則是在一片極薄的基片上最后焊上引線并封裝。而薄膜霍爾元件則是在一片極薄的基片上用蒸發(fā)或外延的方法做

9、成霍爾片，然后再制作歐姆接觸電極，焊用蒸發(fā)或外延的方法做成霍爾片，然后再制作歐姆接觸電極，焊上引線最后封裝。一般上引線最后封裝。一般控制端引線采用紅色引線，而霍爾輸出端控制端引線采用紅色引線，而霍爾輸出端引線則采用綠色引線引線則采用綠色引線?；魻栐臍んw用非導磁金屬、陶瓷或環(huán)?；魻栐臍んw用非導磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。氧樹脂封裝。 (a) (a) 霍爾元件外形霍爾元件外形 (b)(b)電路符號電路符號 (c) (c) 基本應用電路基本應用電路二、霍爾元件材料二、霍爾元件材料 。 2) 2) 霍爾元件的材料霍爾元件的材料鍺鍺(Ge)(Ge)、硅、硅(Si)(Si)、銻化銦、銻化銦(InS

10、b)(InSb)、砷化銦、砷化銦(InAs)(InAs)和砷化鎵和砷化鎵(GaAs)(GaAs)是常見的制作霍爾元件的幾種半導體材料。表是常見的制作霍爾元件的幾種半導體材料。表6-26-2所列所列為制作霍爾元件的幾種半導體材料主要參數(shù)。為制作霍爾元件的幾種半導體材料主要參數(shù)。1 2/電阻率電阻率電子遷移率電子遷移率 哪種材料制作的霍爾元件靈敏度高哪種材料制作的霍爾元件靈敏度高1.1.額定激勵電流額定激勵電流I IH H使霍爾元件溫升使霍爾元件溫升1010C C所施加的控制電流值。當霍爾元所施加的控制電流值。當霍爾元件做好后，限制額定電流的主要因素是散熱條件。件做好后，限制額定電流的主要因素是散

11、熱條件。2.2.輸入電阻輸入電阻R Ri i和輸出電阻和輸出電阻R RO OR Ri i 是指控制電流極之間的電阻值。是指控制電流極之間的電阻值。R R0 0 指霍爾電極間的電阻值。指霍爾電極間的電阻值。R Ri i 、R R0 0可以在無磁場時用歐姆表等測量。可以在無磁場時用歐姆表等測量。 3.3.不等位電勢不等位電勢U U0 0及零位電阻及零位電阻r r0 0 當霍爾元件的激勵電流為當霍爾元件的激勵電流為I I時時, , 若元件所處位置磁感若元件所處位置磁感應強度為零應強度為零, , 則它的霍爾電勢應該為零則它的霍爾電勢應該為零, , 但實際不為零。但實際不為零。 這時測得的空載霍爾電勢稱

12、不等位電勢。這時測得的空載霍爾電勢稱不等位電勢。000BHIBKU產(chǎn)生的原因有產(chǎn)生的原因有: 霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上上; ; 半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻（如片厚薄不均勻等）均勻（如片厚薄不均勻等）; ; 激勵電極接觸不良造成激勵電激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。流不均勻分布等。 這些工藝上問題都將使等位面歪斜，致使兩霍爾電極不在同這些工藝上問題都將使等位面歪斜，致使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電勢。一等位面上而產(chǎn)生不等位電勢。 u 不等位電阻

13、不等位電阻 不等位電勢也可用不等位電阻表示: HIUr004、寄生直流電勢、寄生直流電勢 當不加外磁場，控制電流改用額定交流電流時，當不加外磁場，控制電流改用額定交流電流時，霍爾電極間的空載電勢為直流與交流電勢之和?；魻栯姌O間的空載電勢為直流與交流電勢之和。其中的交流霍爾電勢與前述零位電勢相對應，而其中的交流霍爾電勢與前述零位電勢相對應，而直流霍爾電勢是個寄生量，稱為寄生直流電勢直流霍爾電勢是個寄生量，稱為寄生直流電勢V V。5、熱阻熱阻RQ 它表示在霍爾電極開路情況下，在霍爾元件上輸它表示在霍爾電極開路情況下，在霍爾元件上輸入入lmWlmW的電功率時產(chǎn)生的溫升，單位為的電功率時產(chǎn)生的溫升，單

14、位為0 0C CmWmW。所。所以稱它為熱阻是因為這個溫升的大小在一定條件以稱它為熱阻是因為這個溫升的大小在一定條件下與電阻有關下與電阻有關. .dRKHH/ 型型號號 材材料料 控控制制 電電流流(mA) 霍霍爾爾 電電壓壓 (mV, 0.1T) 輸輸入入 電電阻阻 () 輸輸出出 電電阻阻 () 靈靈敏敏度度(mV/mA.T) 不不等等位位電電勢勢(mV) VH溫溫度度 系系數(shù)數(shù)(%/) EA218 InAs 100 8 8. .5 5 3 3 1 1. .5 5 0 0. .3 35 5 1 13 3 6 6. .5 5 2 2. .4 4 0 0. .7 75 5 1 1 0 0. .

15、0 07 7 VHG-110 GaAs 5 5 5 - -1 10 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 3 30 0- -2 22 20 0 5 5 4 40 0 3 30 0 2 2. .5 5 _ _ - -0 0. .0 02 2 MF07FZZ InSb 10 4 40 0- -2 29 90 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 10 0 - -2 2 MF19FZZ InSb 10 8 80 0- -6 60 00 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 10 0 -

16、-2 2 MH07FZZ InSb 1V 8 80 0- -1 12 20 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 MH19FZZ InSb 1V 1 15 50 0- -2 25 50 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 KH-400A InSb 5 2 25 50 0- -5 55 50 0 2 24 40 0- -5 55 50 0 5 50 0- -1 11 10 0 5 50 0- -1 11 10 00

17、0 1 10 0 - -0 0. .3 3 霍爾片基本測量電路圖如下所示。霍爾片基本測量電路圖如下所示。 （1）霍爾器件為四端口元件，其中）霍爾器件為四端口元件，其中1-3為（為（ ）電極；）電極；2-4為（為（ ）電）電極；極；（2）霍爾元件的輸入電阻是指（）霍爾元件的輸入電阻是指（ ）電極間的電阻值，輸出電阻是指）電極間的電阻值，輸出電阻是指（ ）電極間的電阻值。）電極間的電阻值。（3）霍爾片的不等位電勢）霍爾片的不等位電勢U0由不等位電阻由不等位電阻r0引起，發(fā)生在（引起，發(fā)生在（ ）電）電極上極上.二、測量電路二、測量電路 霍爾元件的基本測量電路如圖霍爾元件的基本測量電路如圖5-5-2

18、222所示。所示。 激勵電流由電源激勵電流由電源E E供給，可供給，可變電阻變電阻R RP P用來調(diào)節(jié)激勵電流用來調(diào)節(jié)激勵電流I I的大小。的大小。R RL L為輸出霍爾電勢為輸出霍爾電勢U UH H的負載電阻。通的負載電阻。通常它是顯示儀表、記錄裝置或放大器常它是顯示儀表、記錄裝置或放大器的輸入阻抗。的輸入阻抗。圖5-22 霍爾元件的基本測量電路（a）基本測量電路）基本測量電路WUHRLEW1W2UHUH霍爾元件的轉(zhuǎn)換效率較低，實際應用中，可將幾個霍爾元件的轉(zhuǎn)換效率較低，實際應用中，可將幾個霍爾元件的輸出串聯(lián)或采用運算放大器放大，以獲霍爾元件的輸出串聯(lián)或采用運算放大器放大，以獲得較大的得較大

19、的U UH H。霍爾元件的連接電路霍爾元件的連接電路不等位電動勢產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不等位電動勢產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個霍爾電極對稱地焊在霍不可能保證將兩個霍爾電極對稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點不能完全位于爾片的兩側(cè)，致使兩電極點不能完全位于同一等位面上。同一等位面上。 霍爾元件的誤差及補償霍爾元件的誤差及補償 1 1霍爾元件的零位誤差與補償霍爾元件的零位誤差與補償霍爾元件的零位誤差是指在無外加磁場或無控制電流的情況下，霍爾元件的零位誤差是指在無外加磁場或無控制電流的情況下，霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓并由此而產(chǎn)生的誤差。它主要表現(xiàn)為以霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓并由此而產(chǎn)生的誤差。

20、它主要表現(xiàn)為以下幾種具體形式。下幾種具體形式。 1) 1) 不等位電動勢不等位電動勢不等位電動勢是零位誤差中最主要的一種，不等位電動勢是零位誤差中最主要的一種，它是當霍爾元件在額定控制電流它是當霍爾元件在額定控制電流( (元件在空氣元件在空氣中溫升中溫升1010所對應的電流所對應的電流) )作用下，不加外磁作用下，不加外磁場時，霍爾輸出端之間的空載電動勢。場時，霍爾輸出端之間的空載電動勢。 此外此外, ,霍爾片電阻率不均勻，或片厚薄不霍爾片電阻率不均勻，或片厚薄不均勻，或控制電流極接觸不良都將使等位均勻，或控制電流極接觸不良都將使等位面歪斜，如圖所示，致使兩霍爾電極不在面歪斜，如圖所示，致使兩

21、霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動勢。同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動勢。 2) 2) 寄生直流電勢寄生直流電勢在無磁場的情況下，元件通入交流電流，輸出端除交流不等位在無磁場的情況下，元件通入交流電流，輸出端除交流不等位電壓以外的直流分量稱為寄生直流電勢。產(chǎn)生寄生直流電勢的電壓以外的直流分量稱為寄生直流電勢。產(chǎn)生寄生直流電勢的原因有兩個方面：原因有兩個方面：(1)(1)由于控制電極焊接處接觸不良而造成一種由于控制電極焊接處接觸不良而造成一種整流效應，使控制電流因正、反向電流大小不等而具有一定的整流效應，使控制電流因正、反向電流大小不等而具有一定的直流分量。直流分量。(2)(2)輸出電極焊點熱

22、容量不相等產(chǎn)生溫差電動勢。對輸出電極焊點熱容量不相等產(chǎn)生溫差電動勢。對于鍺霍爾元件，當交流控制電流為于鍺霍爾元件，當交流控制電流為2020 mAmA時，輸出電極的寄生直時，輸出電極的寄生直流電壓小于流電壓小于100 100 。V 3) 3) 感應零電動勢感應零電動勢感應零電動勢是在未通電流的情況下，由于感應零電動勢是在未通電流的情況下，由于脈動或交變磁場的作用，在輸出端產(chǎn)生的電脈動或交變磁場的作用，在輸出端產(chǎn)生的電動勢。根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢的大動勢。根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢的大小與霍爾元件輸出電極引線構(gòu)成的感應面積小與霍爾元件輸出電極引線構(gòu)成的感應面積成正比，如圖所示。成正比，如圖

23、所示。 4) 4) 自激場零電動勢自激場零電動勢霍爾元件控制電流產(chǎn)生自激場，如圖所示?；魻栐刂齐娏鳟a(chǎn)生自激場，如圖所示。由于元件的左右兩半場相等，故產(chǎn)生的電動由于元件的左右兩半場相等，故產(chǎn)生的電動勢方向相反而抵消。實際應用時由于控制電勢方向相反而抵消。實際應用時由于控制電流引線也產(chǎn)生磁場，使元件左右兩半場強不流引線也產(chǎn)生磁場，使元件左右兩半場強不等，因而有霍爾電動勢輸出，這一輸出電動等，因而有霍爾電動勢輸出，這一輸出電動勢即是自激場零電動勢。勢即是自激場零電動勢。在上述的在上述的4 4種零位誤差中，寄生直流電動勢、感應零電動勢以及種零位誤差中，寄生直流電動勢、感應零電動勢以及自激場零電動勢

24、，是由于制作工藝上的原因而造成的誤差，可以自激場零電動勢，是由于制作工藝上的原因而造成的誤差，可以通過工藝水平的提高加以解決。而通過工藝水平的提高加以解決。而不等位電動勢不等位電動勢所造成的零位誤所造成的零位誤差，則必須通過補償電路給予克服。差，則必須通過補償電路給予克服。在理想情況下在理想情況下R R1 1= =R R2 2= =R R3 3= =R R4 4，即可取得零位電動勢為零，即可取得零位電動勢為零( (或零位電阻或零位電阻為零為零) )，從而消除不等位電動勢。實際上，若存在零位電動勢，則，從而消除不等位電動勢。實際上，若存在零位電動勢，則說明此說明此4 4個電阻不完全相等，即電橋不

25、平衡。為使其達到平衡，可個電阻不完全相等，即電橋不平衡。為使其達到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻R RP P或在兩個臂上同時并聯(lián)電阻或在兩個臂上同時并聯(lián)電阻R RP P和和R R。 霍爾元件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖霍爾元件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖不等位電勢不等位電勢AIU0BCDDR1R2R4ABCR3R4霍爾元件的等效電路霍爾元件的等效電路圖 不等位電勢的補償電路 2 2霍爾元件的溫度誤差及補償霍爾元件的溫度誤差及補償與一般半導體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫與一般半導體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的性能參數(shù)如輸入、輸出

26、電阻度變化，所以霍爾元件的性能參數(shù)如輸入、輸出電阻, ,霍爾?；魻柍?shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電動勢變化，產(chǎn)生溫度誤差。數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電動勢變化，產(chǎn)生溫度誤差。將溫度每變化將溫度每變化11時，霍爾元時，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對件輸入電阻或輸出電阻的相對變化率變化率R Ri i/ /R Ro o稱為內(nèi)阻溫度系稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用數(shù)，用 表示。表示。 將溫度每變化將溫度每變化11時，霍爾電時，霍爾電壓的相對變化率壓的相對變化率U UHtHt/ /U UH0H0稱為霍稱為霍爾電壓溫度系數(shù)，用爾電壓溫度系數(shù)，用 表示。表示。 幾種溫度誤差的補償方法幾種溫度誤差的補償方法1) 1

27、) 采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻 補償基本電路及等效電路如圖補償基本電路及等效電路如圖霍爾電壓隨溫度變化的關系式為：霍爾電壓隨溫度變化的關系式為：HtHitREBURRd 對上式求溫度的導數(shù)得，要使溫度變化時霍爾電壓不變，必對上式求溫度的導數(shù)得，要使溫度變化時霍爾電壓不變，必須使外接電阻：須使外接電阻： i0()RR 2) 2) 合理選擇負載電阻合理選擇負載電阻R RL L的阻值的阻值霍爾元件的輸出電阻霍爾元件的輸出電阻R Ro o和霍爾電動勢和霍爾電動勢U UH H都是溫度的函數(shù)都是溫度的函數(shù)( (設為正設為正溫度系數(shù)溫度系數(shù)) )，當霍爾元件接有負載，當霍爾元件

28、接有負載R RL L時，在時，在R RL L上的電壓為：上的電壓為：LH00LLo001()1()R UttURRtt為了負載上的電壓不隨溫度變化，應使為了負載上的電壓不隨溫度變化，應使dUL/d(t-t0)=0，即，即Lo0(1)RR式中：式中：R Ro0o0為溫度為溫度t t0 0時的霍爾元件輸出電阻。時的霍爾元件輸出電阻?？刹捎么?、并連電阻的方法使上式成立來補償溫度誤差，但可采用串、并連電阻的方法使上式成立來補償溫度誤差，但霍爾元件的靈敏度將會降低?；魻栐撵`敏度將會降低。 3) 3) 采用溫度補償元件采用溫度補償元件( (如熱敏電阻、電阻絲如熱敏電阻、電阻絲) )這是一種常用的溫度誤

29、差補償方法。由于熱敏電阻具有負溫度這是一種常用的溫度誤差補償方法。由于熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，電阻絲具有正溫度系數(shù)，可采用輸入回路串接熱敏電阻，系數(shù)，電阻絲具有正溫度系數(shù)，可采用輸入回路串接熱敏電阻，輸入回路并接電阻絲，或輸出端串接熱敏電阻對具有負溫度系數(shù)輸入回路并接電阻絲，或輸出端串接熱敏電阻對具有負溫度系數(shù)的銻化銦材料霍爾元件進行溫度補償?？刹捎幂斎攵瞬⒔訜崦綦姷匿R化銦材料霍爾元件進行溫度補償?？刹捎幂斎攵瞬⒔訜崦綦娮璺绞綄敵鼍哂姓郎囟认禂?shù)的霍爾元件進行溫度補償。一般來阻方式對輸出具有正溫度系數(shù)的霍爾元件進行溫度補償。一般來說，溫度補償電路、霍爾元件和放大電路應集成在一起制成集成說，溫度

30、補償電路、霍爾元件和放大電路應集成在一起制成集成霍爾傳感器。霍爾傳感器。溫度誤差溫度誤差 霍爾元件是采用半導體材料制成的霍爾元件是采用半導體材料制成的, , 因此它們的許多因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當溫度變化時參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當溫度變化時, , 霍爾元件的霍爾元件的電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化, , 從而使霍爾元件產(chǎn)生溫從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。度誤差?；魻栂禂?shù)與溫度的關系可寫成霍爾系數(shù)與溫度的關系可寫成 ： KH = KH0(1+ T)霍爾元件的輸入電阻與溫度變化的關系可寫成霍爾元件的輸入電阻與溫度變化的關系可寫成 r = r0(1+ T

31、)（1）分流電阻法分流電阻法 為了減小霍爾元件的溫度誤差為了減小霍爾元件的溫度誤差, , 除除選用溫度系數(shù)小選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施的元件或采用恒溫措施外外, , 由由U UH H=K=KH HIBIB可看出：采用恒可看出：采用恒流源供電是個有效措施流源供電是個有效措施, , 可以使霍爾電勢穩(wěn)定?？梢允够魻栯妱莘€(wěn)定。 但也但也只能減小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵電流只能減小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵電流I I變化所帶來的影響。變化所帶來的影響。 大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù) 是正值是正值, , 它們的霍爾它們的霍爾電勢隨溫度升高而增加電勢隨溫度升高而

32、增加（1+1+ TT）倍。如果）倍。如果, ,與此同時與此同時讓激勵電流讓激勵電流I I相應地減小相應地減小, , 并能保持并能保持 K KH HI I 乘積不變乘積不變, , 也就抵消了靈敏系數(shù)也就抵消了靈敏系數(shù)K KH H 增加的影響。圖增加的影響。圖 5-6 5-6 就是按此就是按此思路設計的一個既簡單、思路設計的一個既簡單、 補償效果又較好的補償電路。補償效果又較好的補償電路。UH 恒流源的分流電阻溫度補償法常采用分流電阻恒流源的分流電阻溫度補償法常采用分流電阻R0與霍與霍爾元件的激勵電極相并聯(lián)。爾元件的激勵電極相并聯(lián)。 當霍爾元件的輸入電阻隨溫當霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時度

33、升高而增加時, 旁路分流電阻旁路分流電阻R0自動地加強分流自動地加強分流, 減少減少了霍爾元件的激勵電流了霍爾元件的激勵電流I, 從而達到補償?shù)哪康?。從而達到補償?shù)哪康摹Ｔ趫D在圖 所示的溫度補償電路中所示的溫度補償電路中, 設初始溫度為設初始溫度為T0, 霍爾元件霍爾元件輸入電阻為輸入電阻為r0, 靈敏系數(shù)為靈敏系數(shù)為KH, 分流電阻為分流電阻為R0, 根據(jù)分流根據(jù)分流概念得概念得0000rRIRIH圖 分流電阻補嘗電路示意圖分流電阻補嘗電路示意圖I12340R當溫度升至當溫度升至T T時時, , 電路中各參數(shù)變?yōu)殡娐分懈鲄?shù)變?yōu)?r = r0(1+ T) R = R0(1+T) KH = K

34、H0(1+ T)式中: 霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù); 分流電阻溫度系數(shù)分流電阻溫度系數(shù)。則 rRRIIH)1 ()1 ()1 (000TrTRITR UH0=UH KH0IH0B=KHIHB則 KH0IH0=KH IH 將前面的式子代入上式, 經(jīng)整理并略去、 (T)2高次項后得 當霍爾元件選定后當霍爾元件選定后, , 它的輸入電阻它的輸入電阻r r0 0和溫度系數(shù)和溫度系數(shù) 及霍及霍爾電勢溫度系數(shù)爾電勢溫度系數(shù) 是確定值。由上式即可計算出分流電是確定值。由上式即可計算出分流電阻阻R R0 0及所需的溫度系數(shù)及所需的溫度系數(shù)值。為了滿足值。為了滿足R R0 0及及兩個條兩個

35、條件件, , 分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合聯(lián)組合, , 這樣雖然麻煩但效果很好。這樣雖然麻煩但效果很好。 雖然溫度升高雖然溫度升高T, T, 為使霍爾電勢不變?yōu)槭够魻栯妱莶蛔? , 補償電路必補償電路必須滿足溫升前、須滿足溫升前、 后的霍爾電勢不變后的霍爾電勢不變, , 即即 00)(iRR(2)(2)電橋補償法電橋補償法5 5 霍爾傳感器的應用霍爾傳感器的應用霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、工藝成熟、體積小、壽命長、線性度霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、工藝成熟、體積小、壽命長、線性度好、頻率高、耐振動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染好、頻率高、耐振動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點，目前，霍爾傳感器是全球使用量排名第三的傳