磁電式傳感器原理及應(yīng)用課件

磁電式傳感器原理及應(yīng)用磁電式傳感器原理及應(yīng)用11磁電感應(yīng)式傳感器

磁電感應(yīng)式傳感器又稱電動(dòng)勢(shì)式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。它是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。它是一種機(jī)-電能量變換型傳感器，不需要供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍(一般為10～1000

Hz)，所以得到普遍應(yīng)用。

磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，N匝線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E(V)的大小取決于穿過(guò)線圈的磁通的變化率，即

1磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器又稱電動(dòng)勢(shì)式傳感器2磁通量的變化可以通過(guò)很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；磁路中磁阻的變化；恒定磁場(chǎng)中線圈面積的變化等，一般可將磁電感應(yīng)式傳感器分為恒磁通式和變磁通式兩類。1.1恒磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理恒磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于永久磁鐵與線圈之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)——線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結(jié)構(gòu)有動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式兩種，如圖所示。磁通量的變化可以通過(guò)很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)3磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度dx/dt成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，其大小為式中：N為線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)；B為工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；l為每匝線圈平均長(zhǎng)度。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，N、B和l均為恒定值，E與dx/dt成正比，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小就可以知道被測(cè)速度的大小。由理論推導(dǎo)可得，當(dāng)振動(dòng)頻率低于傳感器的固有頻率時(shí)，這種傳感器的靈敏度(E/v)是隨振動(dòng)頻率而變化的；當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度基本上不隨振動(dòng)頻率而變化，而近似為常數(shù)；當(dāng)振動(dòng)頻率更高時(shí)，線圈阻抗增大，傳感器靈敏度隨振動(dòng)頻率增加而下降。不同結(jié)構(gòu)的恒磁通磁電感應(yīng)式傳感器的頻率響應(yīng)特性是有差異的，但一般頻響范圍為幾十赫至幾百赫。低的可到10

Hz左右，高的可達(dá)2

kHz左右。磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度dx/dt41.2變磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理變磁通式磁電感應(yīng)傳感器一般做成轉(zhuǎn)速傳感器，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而電動(dòng)勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)有開(kāi)磁路和閉磁路兩種。如圖所示開(kāi)磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器。測(cè)量齒輪4安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上與其一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，從而使磁通發(fā)生變化，因而在線圈3中感應(yīng)出交變的電勢(shì)，其頻率等于齒輪的齒數(shù)Z和轉(zhuǎn)速n的乘積，即式中：Z為齒輪齒數(shù)；n為被測(cè)軸轉(zhuǎn)速(v/min)；f為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率(Hz)。這樣當(dāng)已知Z，測(cè)得f就知道n了。1.2變磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理變磁通式磁電感5開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)比較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。在振動(dòng)強(qiáng)的場(chǎng)合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器。開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外當(dāng)被測(cè)軸振6被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量輪5在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性地變化，因而磁路磁阻和磁通也同樣周期性地變化，則在線圈3中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率f與測(cè)量輪5的轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比，即f=n/30。在這種結(jié)構(gòu)中，也可以用齒輪代替橢圓形測(cè)量輪5，軟鐵(極掌)制成內(nèi)齒輪形式，這時(shí)輸出信號(hào)頻率f

同前式。變磁通式傳感器對(duì)環(huán)境條件要求不高，能在-150～+90℃的溫度下工作，不影響測(cè)量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較高，約為

50

Hz，上限可達(dá)100

kHz。被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量輪5在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)72．振動(dòng)測(cè)量工作頻率10～500

Hz最大可測(cè)加速度5g精度≤10％固有頻率12

Hz可測(cè)振幅范圍0.1～1000

外形尺寸45mm×160

mm靈敏度604

mV·s·cm-1工作線圈內(nèi)阻1.9質(zhì)量0.7

kg1、8—圓形彈簧片；2—圓環(huán)形阻尼器；3—永久磁鐵；4—鋁架；5—心軸；6—工作線圈；7—?dú)んw；9—引線1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用1．轉(zhuǎn)速測(cè)量2．振動(dòng)測(cè)量工作頻率10～500

Hz最大可測(cè)加速度5g精83．扭矩測(cè)量

當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。當(dāng)被測(cè)軸感受扭矩時(shí)，軸的兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，因此兩個(gè)傳感器輸出的兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將因扭矩而有附加相位差。扭轉(zhuǎn)角與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位差的關(guān)系為

式中：z為傳感器定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。當(dāng)被測(cè)92霍爾式傳感器

霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。霍爾器件是一種磁傳感器，用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1

MHz)，耐振動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高(可達(dá)級(jí))。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55～+150℃。2霍爾式傳感器霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)而將被測(cè)量轉(zhuǎn)102.1霍爾傳感器的工作原理1．霍爾效應(yīng)

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況ABCD2.1霍爾傳感器的工作原理1．霍爾效應(yīng)半導(dǎo)體薄11

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高?；魻栯妱?shì)EH可用下式表示：

當(dāng)有圖示方向磁場(chǎng)B作用時(shí)EH=KHIB作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高12霍爾效應(yīng)演示

當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片A、B方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。ABCD霍爾效應(yīng)演示當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用13可以推出，霍爾電動(dòng)勢(shì)UH的大小為：

式中：kH為靈敏度系數(shù)，kH=RH/d，表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小,與材料的物理特性（霍爾系數(shù)）和幾何尺寸d有關(guān)；霍爾系數(shù)RH＝1/(nq)，由材料物理性質(zhì)所決定，q為電子電荷量；n為材料中的電子濃度。為磁場(chǎng)和薄片法線夾角。

結(jié)論：霍爾電勢(shì)與輸入電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。

金屬材料中的自由電子濃度n很高，因此RH很小，不宜作霍爾元件?；魻栐嘤幂d流子遷移率大的N型半導(dǎo)體材料制作。另外，霍爾元件越薄(d越小)，kH就越大，所以通?；魻栐驾^薄。薄膜霍爾元件的厚度只有1左右。可以推出，霍爾電動(dòng)勢(shì)UH的大小為：式中：kH為靈敏度系數(shù)，142．霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片(一般為4

mm×2

mm×0.1

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，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。霍爾元件的殼體用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝。(a)霍爾元件外形(b)電路符號(hào)(c)基本應(yīng)用電路2．霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片(一般為4

mm×153．霍爾元件的主要特性及材料1)霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)靈敏度kH：表示元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下所得到的開(kāi)路霍爾電動(dòng)勢(shì)，單位為V/(A·T)。(2)霍爾輸入電阻Rin：霍爾控制電極間的電阻值。(3)霍爾輸出電阻Rout：霍爾輸出電極間的電阻值。(4)霍爾元件的電阻溫度系數(shù)α：表示在不施加磁場(chǎng)的條件下，環(huán)境溫度每變化1℃時(shí)電阻的相對(duì)變化率，單位為%/℃。(5)霍爾寄生直流電勢(shì)U0：在外加磁場(chǎng)為零、霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí)，霍爾電極輸出除了交流不等位電動(dòng)勢(shì)外，還有一直流電勢(shì)，稱為寄生直流電勢(shì)。(6)霍爾最大允許激勵(lì)電流Imax：以霍爾元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流。3．霍爾元件的主要特性及材料1)霍爾元件的主要特性16

2)霍爾元件的材料鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)和砷化鎵(GaAs)是常見(jiàn)的制作霍爾元件的幾種半導(dǎo)體材料。表6-2所列為制作霍爾元件的幾種半導(dǎo)體材料主要參數(shù)。電阻率電子遷移率

材料(單晶)禁帶寬度Eg/(eV)/(Ω·cm)/(cm2/V·s)霍爾系數(shù)RH/(cm3·C-1)N型鍺(Ge)0.661.0350042504000N型硅(Si)1.1071.5150022501840銻化銦(InSb)0.170.005600003504200砷化銦(InAs)0.360.0035250001001530磷砷銦(InAsP)0.630.08105008503000砷化鎵(GaAs)1.470.2850017003800哪種材料制作的霍爾元件靈敏度高？2)霍爾元件的材料電阻率電子遷移率材料(單晶)禁帶寬17不等位電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極對(duì)稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上。

2.2霍爾元件的誤差及補(bǔ)償

1．霍爾元件的零位誤差與補(bǔ)償霍爾元件的零位誤差是指在無(wú)外加磁場(chǎng)或無(wú)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)為以下幾種具體形式。

1)不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)是零位誤差中最主要的一種，它是當(dāng)霍爾元件在額定控制電流(元件在空氣中溫升10℃所對(duì)應(yīng)的電流)作用下，不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出端之間的空載電動(dòng)勢(shì)。不等位電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極18此外,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面歪斜，如圖所示，致使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動(dòng)勢(shì)。

2)寄生直流電勢(shì)在無(wú)磁場(chǎng)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(shì)。產(chǎn)生寄生直流電勢(shì)的原因有兩個(gè)方面：(1)由于控制電極焊接處接觸不良而造成一種整流效應(yīng)，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。(2)輸出電極焊點(diǎn)熱容量不相等產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于鍺霍爾元件，當(dāng)交流控制電流為20

mA時(shí)，輸出電極的寄生直流電壓小于100。此外,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19

3)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)是在未通電流的情況下，由于脈動(dòng)或交變磁場(chǎng)的作用，在輸出端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與霍爾元件輸出電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積成正比，如圖所示。

4)自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)霍爾元件控制電流產(chǎn)生自激場(chǎng)，如圖所示。由于元件的左右兩半場(chǎng)相等，故產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向相反而抵消。實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于控制電流引線也產(chǎn)生磁場(chǎng)，使元件左右兩半場(chǎng)強(qiáng)不等，因而有霍爾電動(dòng)勢(shì)輸出，這一輸出電動(dòng)勢(shì)即是自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)。3)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)4)自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)20在上述的4種零位誤差中，寄生直流電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)以及自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)，是由于制作工藝上的原因而造成的誤差，可以通過(guò)工藝水平的提高加以解決。而不等位電動(dòng)勢(shì)所造成的零位誤差，則必須通過(guò)補(bǔ)償電路給予克服。在理想情況下R1=R2=R3=R4，即可取得零位電動(dòng)勢(shì)為零(或零位電阻為零)，從而消除不等位電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際上，若存在零位電動(dòng)勢(shì)，則說(shuō)明此4個(gè)電阻不完全相等，即電橋不平衡。為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻RP或在兩個(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻RP和R?；魻栐Y(jié)構(gòu)及等效電路如圖在上述的4種零位誤差中，寄生直流電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)以及自激21霍爾元件零位誤差補(bǔ)償電路

2．霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償與一般半導(dǎo)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、電阻、霍爾常數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電動(dòng)勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差?；魻栐阄徽`差補(bǔ)償電路2．霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償22將溫度每變化1℃時(shí)，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對(duì)變化率Ri/Ro稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用表示。

將溫度每變化1℃時(shí)，霍爾電壓的相對(duì)變化率UHt/UH0稱為霍爾電壓溫度系數(shù)，用表示。哪種材料制作的霍爾元件溫度誤差??？將溫度每變化1℃時(shí)，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對(duì)變化率R23幾種溫度誤差的補(bǔ)償方法1)采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻補(bǔ)償基本電路及等效電路如圖霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為：

對(duì)上式求溫度的導(dǎo)數(shù)得，要使溫度變化時(shí)霍爾電壓不變，必須使外接電阻：幾種溫度誤差的補(bǔ)償方法補(bǔ)償基本電路及等效電路如圖霍爾電壓隨溫242)合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值霍爾元件的輸出電阻Ro和霍爾電動(dòng)勢(shì)UH都是溫度的函數(shù)(設(shè)為正溫度系數(shù))，當(dāng)霍爾元件接有負(fù)載RL時(shí)，在RL上的電壓為：為了負(fù)載上的電壓不隨溫度變化，應(yīng)使dUL/d(t-t0)=0，即式中：Ro0為溫度t0時(shí)的霍爾元件輸出電阻。可采用串、并連電阻的方法使上式成立來(lái)補(bǔ)償溫度誤差，但霍爾元件的靈敏度將會(huì)降低。2)合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值為了負(fù)載上的電壓不隨溫253)采用溫度補(bǔ)償元件(如熱敏電阻、電阻絲)這是一種常用的溫度誤差補(bǔ)償方法。由于熱敏電阻具有負(fù)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，輸入回路并接電阻絲，或輸出端串接熱敏電阻對(duì)具有負(fù)溫度系數(shù)的銻化銦材料霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。可采用輸入端并接熱敏電阻方式對(duì)輸出具有正溫度系數(shù)的霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。一般來(lái)說(shuō)，溫度補(bǔ)償電路、霍爾元件和放大電路應(yīng)集成在一起制成集成霍爾傳感器。2.3霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、工藝成熟、體積小、壽命長(zhǎng)、線性度好、頻率高、耐振動(dòng)、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，目前，霍爾傳感器是全球使用量排名第三的傳感器產(chǎn)品，它被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、汽車業(yè)、計(jì)算機(jī)、手機(jī)以及新興消費(fèi)電子領(lǐng)域中。3)采用溫度補(bǔ)償元件(如熱敏電阻、電阻絲)2.3261．霍爾元件基本電路連接方法霍爾元件有無(wú)鐵心型、鐵心型、測(cè)試用探針霍爾集成電路等幾種類型，有3腳、4腳、5腳元件等幾種結(jié)構(gòu)形式,如圖是3～5腳(端子)的霍爾元件的基本電路連接方法。。(a)3腳元件(b)4腳元件(c)5腳元件1．霍爾元件基本電路連接方法(a)3腳元件27兩種霍爾元件定電壓驅(qū)動(dòng)電路兩種霍爾元件定電流驅(qū)動(dòng)電路兩種霍爾元件定電壓驅(qū)動(dòng)電路兩種霍爾元件定電流驅(qū)動(dòng)電路28

2．霍爾集成電路在一個(gè)晶片中形成有霍爾元件及放大并控制其輸出電壓的電路，而具有磁場(chǎng)-電氣變換機(jī)能的固態(tài)組件稱為霍爾集成電路。霍爾集成電路的構(gòu)造如圖。

依輸出信號(hào)的性質(zhì)不同，霍爾集成電路可分為線性型和開(kāi)關(guān)性型兩類。線性型霍爾集成電路可以獲得與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的輸出電壓。磁場(chǎng)靈敏度雖然可利用電路的放大加以調(diào)節(jié)。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。2．霍爾集成電路霍爾集成電路的構(gòu)造如圖。依輸出信號(hào)的29

開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開(kāi)路輸出門）等電路做在同一個(gè)芯片上。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；?dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開(kāi)關(guān)型霍爾器件如UGN3020等。.開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、30開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OC門施密特觸發(fā)電路

雙端輸入、單端輸出運(yùn)放霍爾元件.Vcc開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OC門施密特觸發(fā)電路31開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路（OC門輸出）的與繼電器的連接開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路（OC門輸出）的與繼電器的連接323．霍爾傳感器在汽車中的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。SN霍爾器件磁鐵3．霍爾傳感器在汽車中的應(yīng)用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在被測(cè)轉(zhuǎn)33霍爾轉(zhuǎn)速表原理

當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平?；魻栟D(zhuǎn)速表原理當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件34霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法

只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度的脈動(dòng)，從而引起霍爾電勢(shì)的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)?；魻栐盆F霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺354．磁場(chǎng)檢測(cè)磁場(chǎng)測(cè)量高斯計(jì)4．磁場(chǎng)檢測(cè)磁場(chǎng)測(cè)量高斯計(jì)365．電流測(cè)量霍爾鉗形電流表

測(cè)量原理

5．電流測(cè)量霍爾鉗形電流表測(cè)量原理37旋轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量(a)徑向磁極(b)軸向磁極(c)遮斷式旋轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)量(a)徑向磁極(b)軸向磁極(c)遮斷387．霍爾機(jī)械振動(dòng)傳感器1—霍爾元件；2—平板；3—頂桿；4—觸點(diǎn)；5—外殼；6—磁系統(tǒng)7．霍爾機(jī)械振動(dòng)傳感器1—霍爾元件；2—平板；3—頂桿；4—39磁電式傳感器原理及應(yīng)用磁電式傳感器原理及應(yīng)用401磁電感應(yīng)式傳感器

磁電感應(yīng)式傳感器又稱電動(dòng)勢(shì)式傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。它是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。它是一種機(jī)-電能量變換型傳感器，不需要供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍(一般為10～1000

Hz)，所以得到普遍應(yīng)用。

磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，N匝線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E(V)的大小取決于穿過(guò)線圈的磁通的變化率，即

1磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器又稱電動(dòng)勢(shì)式傳感器41磁通量的變化可以通過(guò)很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；磁路中磁阻的變化；恒定磁場(chǎng)中線圈面積的變化等，一般可將磁電感應(yīng)式傳感器分為恒磁通式和變磁通式兩類。1.1恒磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理恒磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由于永久磁鐵與線圈之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)——線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結(jié)構(gòu)有動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式兩種，如圖所示。磁通量的變化可以通過(guò)很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)42磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度dx/dt成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，其大小為式中：N為線圈在工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)；B為工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度；l為每匝線圈平均長(zhǎng)度。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，N、B和l均為恒定值，E與dx/dt成正比，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小就可以知道被測(cè)速度的大小。由理論推導(dǎo)可得，當(dāng)振動(dòng)頻率低于傳感器的固有頻率時(shí)，這種傳感器的靈敏度(E/v)是隨振動(dòng)頻率而變化的；當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度基本上不隨振動(dòng)頻率而變化，而近似為常數(shù)；當(dāng)振動(dòng)頻率更高時(shí)，線圈阻抗增大，傳感器靈敏度隨振動(dòng)頻率增加而下降。不同結(jié)構(gòu)的恒磁通磁電感應(yīng)式傳感器的頻率響應(yīng)特性是有差異的，但一般頻響范圍為幾十赫至幾百赫。低的可到10

Hz左右，高的可達(dá)2

kHz左右。磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度dx/dt431.2變磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理變磁通式磁電感應(yīng)傳感器一般做成轉(zhuǎn)速傳感器，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率作為輸出，而電動(dòng)勢(shì)的頻率取決于磁通變化的頻率。變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)有開(kāi)磁路和閉磁路兩種。如圖所示開(kāi)磁路變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器。測(cè)量齒輪4安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上與其一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒的凹凸引起磁阻的變化，從而使磁通發(fā)生變化，因而在線圈3中感應(yīng)出交變的電勢(shì)，其頻率等于齒輪的齒數(shù)Z和轉(zhuǎn)速n的乘積，即式中：Z為齒輪齒數(shù)；n為被測(cè)軸轉(zhuǎn)速(v/min)；f為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率(Hz)。這樣當(dāng)已知Z，測(cè)得f就知道n了。1.2變磁通式磁電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理變磁通式磁電感44開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外當(dāng)被測(cè)軸振動(dòng)比較大時(shí)，傳感器輸出波形失真較大。在振動(dòng)強(qiáng)的場(chǎng)合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器。開(kāi)磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)小，另外當(dāng)被測(cè)軸振45被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量輪5在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性地變化，因而磁路磁阻和磁通也同樣周期性地變化，則在線圈3中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率f與測(cè)量輪5的轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比，即f=n/30。在這種結(jié)構(gòu)中，也可以用齒輪代替橢圓形測(cè)量輪5，軟鐵(極掌)制成內(nèi)齒輪形式，這時(shí)輸出信號(hào)頻率f

同前式。變磁通式傳感器對(duì)環(huán)境條件要求不高，能在-150～+90℃的溫度下工作，不影響測(cè)量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較高，約為

50

Hz，上限可達(dá)100

kHz。被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量輪5在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)462．振動(dòng)測(cè)量工作頻率10～500

Hz最大可測(cè)加速度5g精度≤10％固有頻率12

Hz可測(cè)振幅范圍0.1～1000

外形尺寸45mm×160

mm靈敏度604

mV·s·cm-1工作線圈內(nèi)阻1.9質(zhì)量0.7

kg1、8—圓形彈簧片；2—圓環(huán)形阻尼器；3—永久磁鐵；4—鋁架；5—心軸；6—工作線圈；7—?dú)んw；9—引線1.3磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用1．轉(zhuǎn)速測(cè)量2．振動(dòng)測(cè)量工作頻率10～500

Hz最大可測(cè)加速度5g精473．扭矩測(cè)量

當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。當(dāng)被測(cè)軸感受扭矩時(shí)，軸的兩端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角，因此兩個(gè)傳感器輸出的兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將因扭矩而有附加相位差。扭轉(zhuǎn)角與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位差的關(guān)系為

式中：z為傳感器定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。當(dāng)被測(cè)482霍爾式傳感器

霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器?；魻柶骷且环N磁傳感器，用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1

MHz)，耐振動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高(可達(dá)級(jí))。采用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)-55～+150℃。2霍爾式傳感器霍爾式傳感器是基于霍爾效應(yīng)而將被測(cè)量轉(zhuǎn)492.1霍爾傳感器的工作原理1．霍爾效應(yīng)

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況ABCD2.1霍爾傳感器的工作原理1．霍爾效應(yīng)半導(dǎo)體薄50

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。霍爾電勢(shì)EH可用下式表示：

當(dāng)有圖示方向磁場(chǎng)B作用時(shí)EH=KHIB作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高51霍爾效應(yīng)演示

當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片A、B方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。ABCD霍爾效應(yīng)演示當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用52可以推出，霍爾電動(dòng)勢(shì)UH的大小為：

式中：kH為靈敏度系數(shù)，kH=RH/d，表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小,與材料的物理特性（霍爾系數(shù)）和幾何尺寸d有關(guān)；霍爾系數(shù)RH＝1/(nq)，由材料物理性質(zhì)所決定，q為電子電荷量；n為材料中的電子濃度。為磁場(chǎng)和薄片法線夾角。

結(jié)論：霍爾電勢(shì)與輸入電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。

金屬材料中的自由電子濃度n很高，因此RH很小，不宜作霍爾元件。霍爾元件多用載流子遷移率大的N型半導(dǎo)體材料制作。另外，霍爾元件越薄(d越小)，kH就越大，所以通?；魻栐驾^薄。薄膜霍爾元件的厚度只有1左右。可以推出，霍爾電動(dòng)勢(shì)UH的大小為：式中：kH為靈敏度系數(shù)，532．霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片(一般為4

mm×2

mm×0.1

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，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?；魻栐臍んw用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝。(a)霍爾元件外形(b)電路符號(hào)(c)基本應(yīng)用電路2．霍爾元件霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片(一般為4

mm×543．霍爾元件的主要特性及材料1)霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)靈敏度kH：表示元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下所得到的開(kāi)路霍爾電動(dòng)勢(shì)，單位為V/(A·T)。(2)霍爾輸入電阻Rin：霍爾控制電極間的電阻值。(3)霍爾輸出電阻Rout：霍爾輸出電極間的電阻值。(4)霍爾元件的電阻溫度系數(shù)α：表示在不施加磁場(chǎng)的條件下，環(huán)境溫度每變化1℃時(shí)電阻的相對(duì)變化率，單位為%/℃。(5)霍爾寄生直流電勢(shì)U0：在外加磁場(chǎng)為零、霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí)，霍爾電極輸出除了交流不等位電動(dòng)勢(shì)外，還有一直流電勢(shì)，稱為寄生直流電勢(shì)。(6)霍爾最大允許激勵(lì)電流Imax：以霍爾元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流。3．霍爾元件的主要特性及材料1)霍爾元件的主要特性55

2)霍爾元件的材料鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)和砷化鎵(GaAs)是常見(jiàn)的制作霍爾元件的幾種半導(dǎo)體材料。表6-2所列為制作霍爾元件的幾種半導(dǎo)體材料主要參數(shù)。電阻率電子遷移率

材料(單晶)禁帶寬度Eg/(eV)/(Ω·cm)/(cm2/V·s)霍爾系數(shù)RH/(cm3·C-1)N型鍺(Ge)0.661.0350042504000N型硅(Si)1.1071.5150022501840銻化銦(InSb)0.170.005600003504200砷化銦(InAs)0.360.0035250001001530磷砷銦(InAsP)0.630.08105008503000砷化鎵(GaAs)1.470.2850017003800哪種材料制作的霍爾元件靈敏度高？2)霍爾元件的材料電阻率電子遷移率材料(單晶)禁帶寬56不等位電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極對(duì)稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上。

2.2霍爾元件的誤差及補(bǔ)償

1．霍爾元件的零位誤差與補(bǔ)償霍爾元件的零位誤差是指在無(wú)外加磁場(chǎng)或無(wú)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)為以下幾種具體形式。

1)不等位電動(dòng)勢(shì)不等位電動(dòng)勢(shì)是零位誤差中最主要的一種，它是當(dāng)霍爾元件在額定控制電流(元件在空氣中溫升10℃所對(duì)應(yīng)的電流)作用下，不加外磁場(chǎng)時(shí)，霍爾輸出端之間的空載電動(dòng)勢(shì)。不等位電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個(gè)霍爾電極57此外,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面歪斜，如圖所示，致使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動(dòng)勢(shì)。

2)寄生直流電勢(shì)在無(wú)磁場(chǎng)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(shì)。產(chǎn)生寄生直流電勢(shì)的原因有兩個(gè)方面：(1)由于控制電極焊接處接觸不良而造成一種整流效應(yīng)，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。(2)輸出電極焊點(diǎn)熱容量不相等產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于鍺霍爾元件，當(dāng)交流控制電流為20

mA時(shí)，輸出電極的寄生直流電壓小于100。此外,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58

3)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)是在未通電流的情況下，由于脈動(dòng)或交變磁場(chǎng)的作用，在輸出端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與霍爾元件輸出電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積成正比，如圖所示。

4)自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)霍爾元件控制電流產(chǎn)生自激場(chǎng)，如圖所示。由于元件的左右兩半場(chǎng)相等，故產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向相反而抵消。實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于控制電流引線也產(chǎn)生磁場(chǎng)，使元件左右兩半場(chǎng)強(qiáng)不等，因而有霍爾電動(dòng)勢(shì)輸出，這一輸出電動(dòng)勢(shì)即是自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)。3)感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)4)自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)59在上述的4種零位誤差中，寄生直流電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)以及自激場(chǎng)零電動(dòng)勢(shì)，是由于制作工藝上的原因而造成的誤差，可以通過(guò)工藝水平的提高加以解決。而不等位電動(dòng)勢(shì)所造成的零位誤差，則必須通過(guò)補(bǔ)償電路給予克服。在理想情況下R1=R2=R3=R4，即可取得零位電動(dòng)勢(shì)為零(或零位電阻為零)，從而消除不等位電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際上，若存在零位電動(dòng)勢(shì)，則說(shuō)明此4個(gè)電阻不完全相等，即電橋不平衡。為使其達(dá)到平衡，可在阻值較大的橋臂上并聯(lián)可調(diào)電阻RP或在兩個(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻RP和R。霍爾元件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖在上述的4種零位誤差中，寄生直流電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)零電動(dòng)勢(shì)以及自激60霍爾元件零位誤差補(bǔ)償電路

2．霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償與一般半導(dǎo)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、電阻、霍爾常數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電動(dòng)勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差?；魻栐阄徽`差補(bǔ)償電路2．霍爾元件的溫度誤差及補(bǔ)償61將溫度每變化1℃時(shí)，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對(duì)變化率Ri/Ro稱為內(nèi)阻溫度系數(shù)，用表示。

將溫度每變化1℃時(shí)，霍爾電壓的相對(duì)變化率UHt/UH0稱為霍爾電壓溫度系數(shù)，用表示。哪種材料制作的霍爾元件溫度誤差?。繉囟让孔兓?℃時(shí)，霍爾元件輸入電阻或輸出電阻的相對(duì)變化率R62幾種溫度誤差的補(bǔ)償方法1)采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻補(bǔ)償基本電路及等效電路如圖霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為：

對(duì)上式求溫度的導(dǎo)數(shù)得，要使溫度變化時(shí)霍爾電壓不變，必須使外接電阻：幾種溫度誤差的補(bǔ)償方法補(bǔ)償基本電路及等效電路如圖霍爾電壓隨溫632)合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值霍爾元件的輸出電阻Ro和霍爾電動(dòng)勢(shì)UH都是溫度的函數(shù)(設(shè)為正溫度系數(shù))，當(dāng)霍爾元件接有負(fù)載RL時(shí)，在RL上的電壓為：為了負(fù)載上的電壓不隨溫度變化，應(yīng)使dUL/d(t-t0)=0，即式中：Ro0為溫度t0時(shí)的霍爾元件輸出電阻?？刹捎么⒉⑦B電阻的方法使上式成立來(lái)補(bǔ)償溫度誤差，但霍爾元件的靈敏度將會(huì)降低。2)合理選擇負(fù)載電阻RL的阻值為了負(fù)載上的電壓不隨溫643)采用溫度補(bǔ)償元件(如熱敏電阻、電阻絲)這是一種常用的溫度誤差補(bǔ)償方法。由于熱敏電阻具有負(fù)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，輸入回路并接電阻絲，或輸出端串接熱敏電阻對(duì)具有負(fù)溫度系數(shù)的銻化銦材料霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。可采用輸入端并接熱敏電阻方式對(duì)輸出具有正溫度系數(shù)的霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。一般來(lái)說(shuō)，溫度補(bǔ)償電路、霍爾元件和放大電路應(yīng)集成在一起制成集成霍爾傳