霍尔元件测量电路优化方案

1.基本测量电路

霍尔元件的基本测量电路如图3-4所示。控制电流I由电源E提供，R是调节电阻，用以根据要求改变I的大小，霍尔电动势输出的负载电阻R_L，可以是放大器的输入电阻或表头内阻等。所施加的外电场B一般与霍尔元件的平面垂直。控制电流也可以是交流量。由于建立霍尔效应所需的时间短，所以控制电流的频率可高达10⁹Hz以上。

2.霍尔电动势基本放大电路

霍尔元件的输出一般为毫伏级，在一般测量与控制场合，输出信号还不满足要求，这时可采用差动放大器进行放大，基本电路如图3-5所示。

图3-4 霍尔元件的基本测量电路

图3-5 霍尔电动势基本放大电路

3.霍尔元件常用的连接方式

为了改善霍尔电动势输出特性，常采用图3-6所示的连接方式。

图3-6a为控制电流并联，输出电动势串联，此时E_H＝E_H1＋E_H2，调整RP₁和RP₂可调整霍尔电动势E_H1、E_H2的大小。一般使两个元件输出电动势相等，a、d端电势E_H等于单个元件的两倍，但输出电阻也增加了一倍。

图3-6b是将霍尔输出端并联的电路，输出电动势E_H＝E_H1＝E_H2，输出电阻降低一半。

图3-6 霍尔元件常用的连接方式

a）输出电动势串联E_H＝E_H1＋E_H2 b）输出电动势并联E_H＝E_H1＝E_H2

c）工作电流采用交流时的电动势E_H＝E_H1＋E_H2

图3-6c是工作电流采用交流时的电动势叠加电路。元件的控制电流串联，各元件的输出分别接至变压器T的各一次侧，变压器的二次侧获得叠加的霍尔输出信号。

4.霍尔元件的温度补偿

霍尔元件对温度的变化很敏感，因此，霍尔元件的输入电阻、输出电阻、乘积灵敏度等将受到温度变化的影响，从而给测量带来较大的误差。为了减少测量中的温度变化造成的误差，除了选用温度系数小的霍尔元件或采取一些恒温措施外，也可使用以下的温度补偿办法。(www.xing528.com)

（1）恒流源供电 恒流源温度补偿电路如图3-7所示。

（2）采用热敏元件 对于由温度系数较大的半导体材料制成的霍尔元件，采用图3-8所示的温度补偿电路，图中R_t是热敏元件（热电阻或热敏电阻）。图3-8a是在输入电路进行温度补偿的电路，即当温度变化时，用R_L的变化来抵消霍尔元件的乘积灵敏度K_H和输入电阻R_i变化对霍尔输出电动势的E_H影响；图3-8b则是在输出电路进行温度补偿的电路，即当温度变化时，用R_L的变化来抵消霍尔电动势E_H和输出电阻R_o变化对负载电阻R_L上的电压U_L的影响。在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠近，以使两者的温度变化一致。

图3-7 恒流源温度补偿电路

图3-8 采用热敏元件的温度补偿电路

a）在输入电路进行补偿 b）在输出电路进行补偿

（3）不等位电动势的补偿 在分析不等位电动势时，可将霍尔元件等效为一个电桥，如图3-9所示。既然产生E_M的原因可归结为等效电桥的4个桥臂电阻不相等，则任何能够使电桥达到平衡的方法都可作为不等位电动势的补偿方法。

1）基本补偿电路：霍尔元件的不等位电动势补偿电路有多种形式，图3-10为两种常见电路，其中RP是调节电位器。图3-10a是在造成电桥不平衡的电阻值较大的一个桥臂上并联RP，通过调节RP使电桥达到平衡状态，称为不对称补偿电路；图3-10b则相当于在两个电桥臂上并联调节电阻，称为对称补偿电路。

图3-9 霍尔元件等效为一个电桥

图3-10 不等位电动势的基本补偿电路

a）不对称补偿 b）对称补偿

2）具有温度补偿的补偿电路：图3-11是一种常见的具有温度补偿的不等位电动势补偿电路。其中一个桥臂为热敏电阻R_t，并巨R_t与霍尔元件的等效电阻的温度特性相同。在磁感应强度B为零时调节RP₁和RP₂，使补偿电压抵消霍尔元件，此时输出不等位电动势，从而使B＝0时的总输出电压为零。

在霍尔元件的工作温度下限T₁时，通过调节电位器RP₁来调节补偿电桥的工作电压U_ML。当工作温度由T_I升高到T_I＋ΔT时，热敏电阻的阻值为R_t（T_I＋ΔT）。RP₁保持不变，通过调节RP₂，使补偿电压抵消此时的不等位电动势U_ML＋ΔM。

图3-11 不等位电动势的桥式补偿电路