第5章磁电式传感器3分解.ppt

* 2、UH -B 特性 在霍尔元件的控制电流 I、温度T恒定的情况下 霍尔电势UH与磁场磁感应强度B的关系成非线性关系。 曲线如下图。 通常霍尔元件工作在 B = 0.5 T （特斯拉） 以下时线性较好。 霍尔元件的 UH –B 特性曲线 锑化铟 锗 砷化铟 * 3、霍尔元件的材料及型号命名 霍尔元件材料可采用 N型锗（Ge） 锑化铟（InSb） 砷化铟（InAs） 霍尔电势较小，温度性能、线性较好 霍尔电势较大，受温度影响大 霍尔电势较小，线性较好 霍尔器件一般采用砷化铟InAs材料 霍尔器件型号的命名 H H 代表霍尔元件 汉语拼音代表霍尔器件材料 阿拉伯数字代表产品序号 Z 锗 S 砷化铟 T 锑化铟 * 三、霍尔元件的误差分析 1、不等位电动势 当霍尔元件在额定控制电流（元件在空气中温升10℃所对应的电流）作用下，不加外磁场时， 霍尔元件输出端之间的空载电动势，称为不等位电动势 U0 ，它是霍尔元件的零位误差。 图 霍尔元件的空载不等位电势 * (1)不等位电动势产生的原因 ①由于制造工艺不可能将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片两侧，致使霍尔电极点不能完全位于同一等电位面上，如左下图所示。 ②霍尔片电阻率不均匀（分布不确定） ③片厚薄不均匀（分布不确定） ④控制电流极的端面接触不良都将使等位面歪斜，见右下图所示。致使霍尔片两个电极不在同一个等位面上，而产生不等位电动势。 c I a b d U0 两个电极点不在同一等位面上 c I a b d U0 等位面歪斜 * 采用补偿电路进行补偿。 (2)消除不等位电动势的方法 分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥平衡来补偿不等位电势。 图 霍尔元件的等效电桥 图中，A、B为霍尔电极，C、D为激励电极。电极分布电阻分别用R1、R2、R3、R4表示，把它们看作电桥的四个桥臂。 理想情况下，电极A、B处于同一等位面上，R1=R2=R3=R4，电桥平衡，不等位电势U0=0。 实际上，由于A、B电极不在同一等位面上，此四个电阻阻值不相等，电桥不平衡，不等位电势U0≠0。此时，可根据A、B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等电势为零。 * 下图所示即为常见的补偿电路。 * 2、霍尔元件的温度误差 一般半导体材料的电阻率、迁移率、载流子浓度等都随温度而变化。 霍尔元件由半导体材料制成，因此它的性能参数、输出电阻、霍尔系数等也随温度而变化，致使霍尔电动势变化，产生温度误差。 解决方法： 采用恒流源、恒压源供电； 温度补偿元件和补偿电路等。 * (1) 恒流源供电的温度补偿 霍尔电势UH=KHIB中，霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成： （5-6） 式中：KH0-温度T0时的KH值； △T=T-T0-温度变化量； α-霍尔电势温度系数。 大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电势随温度升高而增加α △T倍。但如果同时让控制电流IH相应地减小，并能保持KH﹒IH乘积不变，即可抵消灵敏系数KH增加对测量结果的影响。 基本思路： * 图 恒流源温度补偿电路 下图即是按上述思路设计的恒流源温度补偿电路。 电路中Is为恒流源，分流电阻Rp与霍尔元件的控制电极相并联。 当霍尔元件的KH随温度升高而增加时，旁路分流电阻Rp自动地增大分流，减小了霍尔元件的控制电流IH，从而达到补偿的目的。 图中，设初始温度为T0，霍尔元件输入电阻为Ri0，灵敏系数为KH0，分流电阻为Rp0，分析电路得IH0： （5-7） * 当温度升至T（T0+ △T）时，电路中各参数变为： Ri=Ri0（1+β△T） Rp=Rp0（1+γ△T） 式中： β –霍尔元件输入电阻温度系数； γ –分流电阻温度系数。 则： （5-8） 虽然温度升高了△T，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足温度上升前、后霍尔电势不变，即UH0=UH，即： KH0IH0B=KHIHB 即要求 KH0IH0=KHIH （5-9） 将式（5-6）、（5-7）、（5-8）代入式（5-9）并略去（△T）2高次项后得： （5-6） （5-7） * 当霍尔元件选定后，它的输入电阻Ri0和温度系数β及霍尔电势温度系数α是确定值。由式（5-10）即可计算出分流电阻Rp0及所需的温度系数γ。 为了满足Rp0及γ两个条件，分流电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合，这样虽然麻烦但效果很好。 （5-10） * （2）霍尔元件温度误差的补偿电路 前述恒流源温度补偿电路通过恒流源供电来减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化，对霍尔元件的温度误差起到