霍尔元件的误差及其补偿

1、霍尔元件的误差及其补偿   由于制造工艺问题以及实际使用时所存在的各种影响霍尔元件性能的因素，如元件安装不合理、环境温度变化等，都会影响霍尔元件的转换精度，带来误差。 （一）霍尔元件的零位误差及其补偿   霍尔元件的零位误差包括不等位电动势、寄生直流电动势等。1. 不等位电动势U0及其补偿    不等位电动势是零位误差中最主要的一种。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，霍尔输出端之间的空载电势，称为不等位电动势U0。U0产生的原因

2、是由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上，如图8a所示。此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制  a) 两电极点不在同一等位面上 b) 等位面歪斜    电流极接触不良都将使等位面歪斜（见图8 b），致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。一般要求U0lmV。除了工艺上采取措施降低U0外, 还需采用补偿电路加以补偿。由于霍尔元件可等效为一个四臂电桥，如图9a所示，因此可在某一桥臂上并上一定电阻而将U0降到最小，甚至

3、为零。图9b中给出了几种常用的不等位电动势的补偿电路，其中不对称补偿   图9 霍尔元件等效电路和不等位电动势补偿电路 a) 霍尔元件等效电路 b) 几种不等位电动势的补偿电路 简单，而对称补偿温度稳定性好。  2寄生直流电动势    当霍尔元件通以交流控制电流而不加外磁场时，霍尔输出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量，称为寄生直流电动势。该电动势是由于元件的两对电极不是完全欧姆接触而形成整流效应，以及两个霍尔电极的焊点大小不等、热容量不

4、同引起温差所产生的。它随时间而变化，导致输出漂移。因此在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散热均匀，有良好的散热条件。   另外，霍尔电极和激励电极的引线布置不合理，也会产生零位误差，也需予以注意。 （二）霍尔元件的温度误差及其补偿   一般半导体材料的电阻率、迁移率和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，因此它的性能参数如输入和输出电阻、霍尔常数等也随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差。为了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化铟外，还可以采用适当的补偿电路。下面简单介绍几种温度误

5、差的补偿方法。 1. 采用恒流源供电和输入回路并联电阻    温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在稳压源供电时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差，最好采用恒流源（稳定度±0.1）提供控制电流。但元件的灵敏度系数kH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度误差。为了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻RP，如图10所示。设温度t0时，元件的灵敏度系数为kH0，输入电阻为Ri0，而温度上升到t时，它们分别为kHt、Rit。kHt=kH01+(t- t0)，Rit=

6、 Ri01+(t- t0)，其中为霍尔元件灵敏度温度系数；为元件的电阻温度系数。由图可知，I = IP +IH，IP RP =IH Ri，所以IH =RP I/(Ri + RP)。t0时IH0 =RP I/(Ri0 + RP)，t时IH t= RPI/(Rit+ RP)，因此IH t= RPI/Ri01+(t- t0)+ RP。为了使霍尔电势不随温度而变化，必须保证t

7、0和t时的霍尔电势相等，即kH0IH0BkHtIHtB。将有关式代入，则可得    所以 (5-4)  霍尔元件的Ri0、和值均可在产品说明书中查到。通常>>，所以式（5-4）可简化为 (5-5)   根据式（5-5）选择输入回路并联电阻RP，可使温度误差减到极小而不影响霍尔元件的其它性能。实际上RP也随温度而变化，但因其温度系数远比值小，故可以忽略不计。 2合理选取负载电阻RL的阻值    霍尔元件的输出电阻Ro和霍尔电势

8、UH都是温度的函数（设为正温度系数），当霍尔元件接有负载RL（如放大器的输入电阻）时，在RL上的电压为   式中 Ro0��温度为t0时的霍尔元件输出电阻。   其它符号含义同上。为使负载上的电压不随温度而变化，应 使dUL/d(t-t0)=0，即得 (5-6)   可采用串、并联电阻的方法使上式成立来补偿温度误差。但霍尔元件的灵敏度将会降低。 3采用恒压源和输入回路串联电阻    当霍尔元件采用稳

9、压电源供电，且霍尔输出开路状态下工作时，可在输入回路中串入适当的电阻来补偿温度误差。其分析过程与结果同式（5-5）。 4采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝等）    这是一种常用的温度误差的补偿方法，尤其适用于锑化铟材料的霍尔元件，图11示出了几种不同连接方式的例子。热敏电阻Rt具有负温度系数，  电阻丝具有正温度系数。图a、b、c中霍尔元件材料为锑化铟，其霍尔输出具有负温度系数。图d为用Rt补偿霍尔输出具有正温度系数的温度误差。使用时要求这些热敏元件尽量靠近霍尔元件，使它们具有相同的温度变化。  5霍尔元件不等位电动势U0的温度补偿    U0受温度的影响，可采用如图12所示的桥路补偿法。图中RP用来补偿U0。在霍尔输出端串入温度补偿电桥，Rt是热敏电阻。桥路输出随温度变化的  补偿电压与霍尔输出的电压相加作为传感器输出。细心调节，在±40范围内补偿效果很好。   应该指出，霍尔元件因通入控制电流I而有温升，且I变动，温升改变，都会影响元件的内阻和霍尔输出。为使温升不超过所需值，必须对霍尔元件的额定控制