磁电式传感器-霍尔传感器(1)

1、磁电式传感器-霍尔传感器(1)第一页，课件共68页霍尔传感器霍尔传感器 Hall Sensor第二页，课件共68页霍尔式传感器霍尔式传感器 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。18791879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应了霍尔效应, , 但由于但由于金属材料金属材料的霍尔效应太弱而的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展没有得到应用。随着半导体技术的发展, , 开始用开始用半半导体材料导体材料制成霍尔元件制成霍尔元件, , 由于它的霍尔效应显著由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传

2、感器广泛用于电磁测而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。量、压力、加速度、振动等方面的测量。 霍尔元件是一种霍尔元件是一种四端元件四端元件第三页，课件共68页 霍尔式传感器是基于霍尔式传感器是基于霍尔效应霍尔效应而将被测量转换成电动势输出的一而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。霍尔器件是一种磁敏传感器，利用半导体元件对磁场敏感种传感器。霍尔器件是一种磁敏传感器，利用半导体元件对磁场敏感的特性来实现磁电转换，它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁的特性来实现磁电转换，它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。场有关的场合中使用。 按照霍

3、尔器件的功能可将它们分为：按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件霍尔线性器件和和霍尔开霍尔开关器件关器件，前者输出模拟量，后者输出数字量。，前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔器件具有许多霍尔器件具有许多优点优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高命长，安装方便，功耗小，频率高( (可达可达1 1MHz)MHz)，耐振动，不怕灰尘、油，耐振动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无

4、磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。采无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达- -5555+150+150。m第四页，课件共68页霍尔传感器的工作原理霍尔传感器的工作原理1 1霍尔效应霍尔效应 半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流当有电流I I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E EH H，这种现

5、象称为霍尔效应。这种现象称为霍尔效应。 磁感应强度磁感应强度B B为零时的情况为零时的情况A AB BC CD D第五页，课件共68页当有图示方向磁场当有图示方向磁场B B作用时作用时 作用在半导体薄片上的磁场强度作用在半导体薄片上的磁场强度B B越强，霍尔电势也就越高。越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势霍尔电势U UH H可用下式表示：可用下式表示： UH=KH IB第六页，课件共68页霍尔效应演示霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片移，在半导体薄片A A、B B方向的端面之间建立起霍尔电势。方向

6、的端面之间建立起霍尔电势。A AB BC CD D第七页，课件共68页UHbldIFLFEvB第八页，课件共68页设霍尔元件为设霍尔元件为N N型型半导体，当它通电流半导体，当它通电流I I时时 FL = qvB 当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有时有 qEH=qvB第九页，课件共68页dIBRUHHRH被定义为霍尔元件的被定义为霍尔元件的霍尔系数霍尔系数。显然，霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。强弱。 n为半导体中的电子浓度，即单位体积中的电子数，负号表示

7、电子运为半导体中的电子浓度，即单位体积中的电子数，负号表示电子运动方向与电流方向相反。动方向与电流方向相反。第十页，课件共68页dRKHH设IBKUHHKH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小. 单位是mV/（mAT）nqdKH1第十一页，课件共68页IEvlUEvIbBlUvbBUHlBUbRbdlUdBRRUdBRdIBRUHHHHHHR HR第十二页，课件共68页pedIBUHHR第十三页，课件共68页bBlUvbBUHdRKHH第十四页，课件共68页可以推出，霍尔电动势可以推出，霍尔电动势UH的大小为：的大小为： HHcosUk

8、IB式中：式中：kH为灵敏度系数，为灵敏度系数，kH= RH/d，表示在单位磁感应强度和单位控制，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电动势的大小电流时的霍尔电动势的大小, ,与材料的物理特性（霍尔系数）和几何尺寸与材料的物理特性（霍尔系数）和几何尺寸d d有关；有关； 霍尔系数霍尔系数RH1/(nq)，由材料物理性质所决定，由材料物理性质所决定，q为电子电荷量为电子电荷量 ；n为材料中的电子浓度。为材料中的电子浓度。 为磁场和薄片法线夹角。为磁场和薄片法线夹角。 第十五页，课件共68页2 2霍尔元件霍尔元件霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片( (一般为一般为4

9、 4mmmm2 2mmmm0.10.1mm)mm)，经，经研磨抛光，然后用蒸发合金法或其他方法制作欧姆接触电极，最后焊上引线研磨抛光，然后用蒸发合金法或其他方法制作欧姆接触电极，最后焊上引线并封装。而薄膜霍尔元件则是在一片极薄的基片上用蒸发或外延的方法做成并封装。而薄膜霍尔元件则是在一片极薄的基片上用蒸发或外延的方法做成霍尔片，然后再制作欧姆接触电极，焊上引线最后封装。一般霍尔片，然后再制作欧姆接触电极，焊上引线最后封装。一般控制端引线控制端引线采用红色引线，而霍尔输出端引线则采用绿色引线采用红色引线，而霍尔输出端引线则采用绿色引线。霍尔元件的壳。霍尔元件的壳体用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装

10、。体用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。 (a) (a) 霍尔元件外形霍尔元件外形 (b)(b)电路符号电路符号 (c) (c) 基本应用电路基本应用电路第十六页，课件共68页二、霍尔元件材料二、霍尔元件材料。第十七页，课件共68页第十八页，课件共68页第十九页，课件共68页第二十页，课件共68页 2) 2) 霍尔元件的材料霍尔元件的材料锗锗(Ge)(Ge)、硅、硅(Si)(Si)、锑化铟、锑化铟(InSb)(InSb)、砷化铟、砷化铟(InAs)(InAs)和砷化镓和砷化镓(GaAs)(GaAs)是是常见的制作霍尔元件的几种半导体材料。表常见的制作霍尔元件的几种半导体材料。表6-26-2所列为

11、制作霍尔元件所列为制作霍尔元件的几种半导体材料主要参数。的几种半导体材料主要参数。1 2/电阻率电阻率电子迁移率电子迁移率 材料材料(单晶单晶)禁带宽度禁带宽度Eg/(eV)/(cm)/(cm/Vs)霍尔系数霍尔系数RH/(cmC-1-1)N型锗型锗(Ge)0.661.0350042504000N型硅型硅(Si)1.1071.5150022501840锑化铟锑化铟(InSb)0.170.005600003504200砷化铟砷化铟(InAs)0.360.0035250001001530磷砷铟磷砷铟(InAsP)0.630.08105008503000哪种材料制作的霍尔元件灵敏度高哪种材料制作的霍

12、尔元件灵敏度高第二十一页，课件共68页1.1.额定激励电流额定激励电流I IH H使霍尔元件温升使霍尔元件温升1010C C所施加的控制电流值。当霍尔元件做好所施加的控制电流值。当霍尔元件做好后，限制额定电流的主要因素是散热条件。后，限制额定电流的主要因素是散热条件。2.2.输入电阻输入电阻R Ri i和输出电阻和输出电阻R RO OR Ri i 是指控制电流极之间的电阻值。是指控制电流极之间的电阻值。R R0 0 指霍尔电极间的电阻值。指霍尔电极间的电阻值。R Ri i 、R R0 0可以在无磁场时用欧姆表等测量。可以在无磁场时用欧姆表等测量。第二十二页，课件共68页 3.3.不等位电势不等

13、位电势U U0 0及零位电阻及零位电阻r r0 0 当霍尔元件的激励电流为当霍尔元件的激励电流为I I时时, , 若元件所处位置磁感应强度若元件所处位置磁感应强度为零为零, , 则它的霍尔电势应该为零则它的霍尔电势应该为零, , 但实际不为零。但实际不为零。 这时测得的这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。空载霍尔电势称不等位电势。000BHIBKU第二十三页，课件共68页产生的原因有产生的原因有: 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ; 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀（如半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均

14、匀（如片厚薄不均匀等）片厚薄不均匀等）; ; 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。等。 这些工艺上问题都将使等位面歪斜，致使两霍尔电极不在同一等位面这些工艺上问题都将使等位面歪斜，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电势。上而产生不等位电势。 u 不等位电阻不等位电阻 不等位电势也可用不等位电阻表示: HIUr00第二十四页，课件共68页4、寄生直流电势、寄生直流电势当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，霍尔电极间的空载电势为直流与交流电势之和。霍尔电极间的空载电势为直流与交流电势之和。其中的交流霍

15、尔电势与前述零位电势相对应，而其中的交流霍尔电势与前述零位电势相对应，而直流霍尔电势是个寄生量，称为寄生直流电势直流霍尔电势是个寄生量，称为寄生直流电势V V。5、热阻热阻RQ它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入lmWlmW的电功率时产生的温升，单位为的电功率时产生的温升，单位为0 0C CmWmW。所以称。所以称它为热阻是因为这个温升的大小在一定条件下与电阻它为热阻是因为这个温升的大小在一定条件下与电阻有关有关. .第二十五页，课件共68页dRKHH/ 第二十六页，课件共68页 型型号号 材材料料 控控制制 电电流流(mA) 霍霍尔尔 电电

16、压压 (mV, 0.1T) 输输入入 电电阻阻 () 输输出出 电电阻阻 () 灵灵敏敏度度(mV/mA.T) 不不等等位位电电势势(mV) VH温温度度 系系数数(%/) 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. .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

17、 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 - -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 I

18、nSb 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 0 1 10 0 - -0 0. .3 3 第二十七页，课件共68页霍尔片基本测量电路图如下所示。霍尔片基本测量电路图如下所示。 （1）霍尔器件为四端口元件，其中）霍尔器件为四端口元件，其中1-3为（为（控制控制）电极；）

19、电极；2-4为（为（霍霍尔尔）电极；）电极；（2）霍尔元件的输入电阻是指（）霍尔元件的输入电阻是指（控制）电极间的电阻值，输出电阻是指（控制）电极间的电阻值，输出电阻是指（霍霍尔尔）电极间的电阻值。）电极间的电阻值。（3）霍尔片的不等位电势）霍尔片的不等位电势U0由不等位电阻由不等位电阻r0引起，发生在（引起，发生在（霍尔）霍尔）电极上电极上.第二十八页，课件共68页二、测量电路二、测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图霍尔元件的基本测量电路如图5-225-22所所示。示。 激励电流由电源激励电流由电源E E供给，可变电阻供给，可变电阻R RP P用来调节激励电流用来调节激励电流I I的大小。的

20、大小。R RL L为输为输出霍尔电势出霍尔电势U UH H的负载电阻。通常它是显的负载电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。第二十九页，课件共68页图5-22 霍尔元件的基本测量电路第三十页，课件共68页（a）基本测量电路）基本测量电路WUHRLEW1W2UHUH第三十一页，课件共68页霍尔元件的转换效率较低，实际应用中，可将几个霍霍尔元件的转换效率较低，实际应用中，可将几个霍尔元件的输出串联或采用运算放大器放大，以获得较尔元件的输出串联或采用运算放大器放大，以获得较大的大的U UH H。霍尔元件的连接电路霍尔元件的连接电路第三十二页，课件共6

21、8页练习题 1、制作霍尔元件应采用的材料是 ，因为半导体材料能使截流子的 的乘积最大，而使两个端面出现 差最大。 2、霍尔片不等位电势是如何产生的原因是重要起因是 焊接在同一等位面上。 3、霍尔电动势与哪些因素有关?如何提高霍尔传感器的灵敏度? 3答：第三十三页，课件共68页练习题1、制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。 2、霍尔片不等位电势是如何产生的原因是重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上。3、霍尔电动势与哪些因素有关?如何提高霍尔传感器的灵敏度? 3答：霍尔电动势与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽

22、度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度u、磁场感应强度B、电流I有关。 霍尔传感器的灵敏度KH =RH/d。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。 1HHdnedRK 1HHdnedRK 第三十四页，课件共68页不等位电动势产生的原因是由于制造工艺不等位电动势产生的原因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尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上。同一等位面上。 霍尔元件的误差及补偿霍尔元件的误差

23、及补偿 1 1霍尔元件的零位误差与补偿霍尔元件的零位误差与补偿霍尔元件的零位误差是指在无外加磁场或无控制电流的情况下，霍尔霍尔元件的零位误差是指在无外加磁场或无控制电流的情况下，霍尔元件产生输出电压并由此而产生的误差。它主要表现为以下几种具体元件产生输出电压并由此而产生的误差。它主要表现为以下几种具体形式。形式。 1) 1) 不等位电动势不等位电动势不等位电动势是零位误差中最主要的一种，不等位电动势是零位误差中最主要的一种，它是当霍尔元件在额定控制电流它是当霍尔元件在额定控制电流( (元件在空气元件在空气中温升中温升1010所对应的电流所对应的电流) )作用下，不加外磁作用下，不加外磁场时，霍

24、尔输出端之间的空载电动势。场时，霍尔输出端之间的空载电动势。 第三十五页，课件共68页此外此外, ,霍尔片电阻率不均匀，或片厚薄不均霍尔片电阻率不均匀，或片厚薄不均匀，或控制电流极接触不良都将使等位面匀，或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，如图所示，致使两霍尔电极不在同歪斜，如图所示，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。一等位面上而产生不等位电动势。 2) 2) 寄生直流电势寄生直流电势在无磁场的情况下，元件通入交流电流，输出端除交流不等位电在无磁场的情况下，元件通入交流电流，输出端除交流不等位电压以外的直流分量称为寄生直流电势。产生寄生直流电势的原因压以外的直流分量称为寄生直

25、流电势。产生寄生直流电势的原因有两个方面：有两个方面：(1)(1)由于控制电极焊接处接触不良而造成一种整流由于控制电极焊接处接触不良而造成一种整流效应，使控制电流因正、反向电流大小不等而具有一定的直流分效应，使控制电流因正、反向电流大小不等而具有一定的直流分量。量。(2)(2)输出电极焊点热容量不相等产生温差电动势。对于锗霍输出电极焊点热容量不相等产生温差电动势。对于锗霍尔元件，当交流控制电流为尔元件，当交流控制电流为2020 mAmA时，输出电极的寄生直流电压小时，输出电极的寄生直流电压小于于100 100 。V第三十六页，课件共68页 3) 3) 感应零电动势感应零电动势感应零电动势是在未

26、通电流的情况下，由于感应零电动势是在未通电流的情况下，由于脉动或交变磁场的作用，在输出端产生的电脉动或交变磁场的作用，在输出端产生的电动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大动势。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与霍尔元件输出电极引线构成的感应面积小与霍尔元件输出电极引线构成的感应面积成正比，如图所示。成正比，如图所示。 4) 4) 自激场零电动势自激场零电动势霍尔元件控制电流产生自激场，如图所示。霍尔元件控制电流产生自激场，如图所示。由于元件的左右两半场相等，故产生的电动由于元件的左右两半场相等，故产生的电动势方向相反而抵消。实际应用时由于控制电势方向相反而抵消。实际应用时由于控制电流引线也

27、产生磁场，使元件左右两半场强不流引线也产生磁场，使元件左右两半场强不等，因而有霍尔电动势输出，这一输出电动等，因而有霍尔电动势输出，这一输出电动势即是自激场零电动势。势即是自激场零电动势。第三十七页，课件共68页在上述的在上述的4 4种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及自激场种零位误差中，寄生直流电动势、感应零电动势以及自激场零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以通过工艺水平零电动势，是由于制作工艺上的原因而造成的误差，可以通过工艺水平的提高加以解决。而的提高加以解决。而不等位电动势不等位电动势所造成的零位误差，则必须通过补所造成的零位误差，则必须通过补偿电路给予克服。偿

28、电路给予克服。在理想情况下在理想情况下R R1 1= =R R2 2= =R R3 3= =R R4 4，即可取得零位电动势为零，即可取得零位电动势为零( (或零位电阻或零位电阻为零为零) )，从而消除不等位电动势。实际上，若存在零位电动势，则，从而消除不等位电动势。实际上，若存在零位电动势，则说明此说明此4 4个电阻不完全相等，即电桥不平衡。为使其达到平衡，可个电阻不完全相等，即电桥不平衡。为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂上并联可调电阻在阻值较大的桥臂上并联可调电阻R RP P或在两个臂上同时并联电阻或在两个臂上同时并联电阻R RP P和和R R。 霍尔元件结构及等效电路如图霍尔元件结构及

29、等效电路如图第三十八页，课件共68页不等位电势不等位电势AIU0BCDDR1R2R4ABCR3R4霍尔元件的等效电路霍尔元件的等效电路第三十九页，课件共68页图 不等位电势的补偿电路第四十页，课件共68页 2 2霍尔元件的温度误差及补偿霍尔元件的温度误差及补偿与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的性能参数如输入、输出电阻所以霍尔元件的性能参数如输入、输出电阻, ,霍尔常数等也随温度而霍尔常数等也随温度而变化，致使霍尔电动势变化，产生温度误差。变化，致使霍尔电动势变化，产生温度误差。第四十一页，课

30、件共68页将温度每变化将温度每变化11时，霍尔元时，霍尔元件输入电阻或输出电阻的相对件输入电阻或输出电阻的相对变化率变化率R Ri i/ /R Ro o称为内阻温度系称为内阻温度系数，用数，用 表示。表示。 将温度每变化将温度每变化11时，霍尔电时，霍尔电压的相对变化率压的相对变化率U UHtHt/ /U UH0H0称为霍称为霍尔电压温度系数，用尔电压温度系数，用 表示。表示。 第四十二页，课件共68页几种温度误差的补偿方法几种温度误差的补偿方法1) 1) 采用恒压源和输入回路串联电阻采用恒压源和输入回路串联电阻 补偿基本电路及等效电路如图补偿基本电路及等效电路如图霍尔电压随温度变化的关系式为

31、：霍尔电压随温度变化的关系式为：HtHitREBURRd 对上式求温度的导数得，要使温度变化时霍尔电压不变，必须对上式求温度的导数得，要使温度变化时霍尔电压不变，必须使外接电阻：使外接电阻： i0()RR第四十三页，课件共68页 2) 2) 合理选择负载电阻合理选择负载电阻R RL L的阻值的阻值霍尔元件的输出电阻霍尔元件的输出电阻R Ro o和霍尔电动势和霍尔电动势U UH H都是温度的函数都是温度的函数( (设为正温度设为正温度系数系数) )，当霍尔元件接有负载，当霍尔元件接有负载R RL L时，在时，在R RL L上的电压为：上的电压为：LH00LLo001()1()R UttURRtt

32、为了负载上的电压不随温度变化，应使为了负载上的电压不随温度变化，应使dUL/d(t-t0)=0，即，即Lo0(1)RR式中：式中：R Ro0o0为温度为温度t t0 0时的霍尔元件输出电阻。时的霍尔元件输出电阻。可采用串、并连电阻的方法使上式成立来补偿温度误差，但可采用串、并连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。霍尔元件的灵敏度将会降低。第四十四页，课件共68页 3) 3) 采用温度补偿元件采用温度补偿元件( (如热敏电阻、电阻丝如热敏电阻、电阻丝) )这是一种常用的温度误差补偿方法。由于热敏电阻具有负温度系这是一种常用的温度误差补偿方法。由于热敏电阻具有负温度系数

33、，电阻丝具有正温度系数，可采用输入回路串接热敏电阻，输入数，电阻丝具有正温度系数，可采用输入回路串接热敏电阻，输入回路并接电阻丝，或输出端串接热敏电阻对具有负温度系数的锑化回路并接电阻丝，或输出端串接热敏电阻对具有负温度系数的锑化铟材料霍尔元件进行温度补偿。可采用输入端并接热敏电阻方式对铟材料霍尔元件进行温度补偿。可采用输入端并接热敏电阻方式对输出具有正温度系数的霍尔元件进行温度补偿。一般来说，温度补输出具有正温度系数的霍尔元件进行温度补偿。一般来说，温度补偿电路、霍尔元件和放大电路应集成在一起制成集成霍尔传感器。偿电路、霍尔元件和放大电路应集成在一起制成集成霍尔传感器。第四十五页，课件共68

34、页温度误差温度误差 霍尔元件是采用半导体材料制成的霍尔元件是采用半导体材料制成的, , 因此它们的许多参因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时数都具有较大的温度系数。当温度变化时, , 霍尔元件的电阻霍尔元件的电阻率及霍尔系数都将发生变化率及霍尔系数都将发生变化, , 从而使霍尔元件产生温度误差。从而使霍尔元件产生温度误差。霍尔系数与温度的关系可写成霍尔系数与温度的关系可写成 ： KH = KH0(1+ T)霍尔元件的输入电阻与温度变化的关系可写成霍尔元件的输入电阻与温度变化的关系可写成 r = r0(1+ T)第四十六页，课件共68页（1）分流电阻法分流电阻法 为了减小霍尔元件

35、的温度误差为了减小霍尔元件的温度误差, , 除除选用温度系数小的选用温度系数小的元件或采用恒温措施元件或采用恒温措施外外, , 由由U UH H=K=KH HIBIB可看出：采用恒流源可看出：采用恒流源供电是个有效措施供电是个有效措施, , 可以使霍尔电势稳定。可以使霍尔电势稳定。 但也但也只能减只能减小由于输入电阻随温度变化而引起的激励电流小由于输入电阻随温度变化而引起的激励电流I I变化所带来变化所带来的影响。的影响。 大多数霍尔元件的温度系数大多数霍尔元件的温度系数 是正值是正值, , 它们的霍尔电它们的霍尔电势随温度升高而增加势随温度升高而增加（1+1+ TT）倍。如果）倍。如果, ,

36、与此同时让激与此同时让激励电流励电流I I相应地减小相应地减小, , 并能保持并能保持 K KH HI I 乘积不变乘积不变, , 也就抵也就抵消了灵敏系数消了灵敏系数K KH H 增加的影响。图增加的影响。图 5-6 5-6 就是按此思路设计就是按此思路设计的一个既简单、的一个既简单、 补偿效果又较好的补偿电路。补偿效果又较好的补偿电路。第四十七页，课件共68页UH 恒流源的分流电阻温度补偿法常采用分流电阻恒流源的分流电阻温度补偿法常采用分流电阻R0与霍尔元与霍尔元件的激励电极相并联。件的激励电极相并联。 当霍尔元件的输入电阻随温度升高当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时而增加时, 旁路分

37、流电阻旁路分流电阻R0自动地加强分流自动地加强分流, 减少了霍尔元件减少了霍尔元件的激励电流的激励电流I, 从而达到补偿的目的。从而达到补偿的目的。在图在图 所示的温度补偿电路中所示的温度补偿电路中, 设初始温度为设初始温度为T0, 霍尔元件输霍尔元件输入电阻为入电阻为r0, 灵敏系数为灵敏系数为KH, 分流电阻为分流电阻为R0, 根据分流概念得根据分流概念得0000rRIRIH图 分流电阻补尝电路示意图分流电阻补尝电路示意图I12340R第四十八页，课件共68页当温度升至当温度升至T T时时, , 电路中各参数变为电路中各参数变为 r = r0(1+ T) R = R0(1+T) KH =

38、KH0(1+ T)式中: 霍尔元件输入电阻温度系数霍尔元件输入电阻温度系数; 分流电阻温度系数分流电阻温度系数。则 rRRIIH)1 ()1 ()1 (000TrTRITR第四十九页，课件共68页 UH0=UH KH0IH0B=KHIHB则 KH0IH0=KH IH 将前面的式子代入上式, 经整理并略去、 (T)2高次项后得 当霍尔元件选定后当霍尔元件选定后, , 它的输入电阻它的输入电阻r r0 0和温度系数和温度系数 及霍尔及霍尔电势温度系数电势温度系数 是确定值。由上式即可计算出分流电阻是确定值。由上式即可计算出分流电阻R R0 0及所需的温度系数及所需的温度系数值。为了满足值。为了满足

39、R R0 0及及两个条件两个条件, , 分流分流电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合, , 这样虽这样虽然麻烦但效果很好。然麻烦但效果很好。 虽然温度升高虽然温度升高T, T, 为使霍尔电势不变为使霍尔电势不变, , 补偿电路必须补偿电路必须满足温升前、满足温升前、 后的霍尔电势不变后的霍尔电势不变, , 即即 00)(iRR第五十页，课件共68页(2)(2)电桥补偿法电桥补偿法第五十一页，课件共68页5 5 霍尔传感器的应用霍尔传感器的应用霍尔元件具有结构牢固、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度霍尔元件具有结构牢固、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度好、频率高、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染好、频率高、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，目前，霍尔传感器是全球使用量排名第三的传或腐蚀的优点，目前，霍尔传感器是全球使用量排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、计算机、手机以