霍尔元件补偿技术简介

1.霍尔元件不等位电动势及其补偿

不等位电动势是一个主要的零位误差。由于在制作霍尔元件时，不可能保证将霍尔电极焊在同一等位面上，如图6-16所示，因此当控制电流I流过元件时，即使磁场强度B等于零，在霍尔电极上仍有电动势存在，该电动势就称为不等位电动势。在分析不等位电动势时，把霍尔元件等效为一个电桥，如图6-17所示。电桥臂的四个电阻分别为r₁、r₂、r₃、r₄。当两个霍尔电极在同一等位面上时，r₁=r₂=r₃=r₄，电桥平衡，这时输出电压U_o等于零。当霍尔电极不在同一等位面上时，因r₃增大，r₄减小，则电桥失去平衡，因此输出电压U_o就不等于零。恢复电桥平衡的办法是减小r₂、r₃。在制造过程中如确知霍尔电极偏离等位面的方向，就应采用机械修磨或用化学腐蚀元件的方法来减小不等位电动势。

图6-16 不等位电动势示意图

图6-17 霍尔元件的等效电路

不等位电动势与霍尔电动势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电动势，而实用中要消除不等位电动势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析不等位电动势时，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动势。

几种补偿线路如图6-18所示。图6-18a、图6-18b所示为常见的补偿电路，图6-18b、图6-18c相当于在等效电桥的两个桥臂上同时并联电阻，图6-18d用于交流供电的情况。

图6-18 不等位电动势的几种补偿线路

2.霍尔元件温度补偿

霍尔元件是采用半导体材料制成的，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，霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻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。

为了减小霍尔元件的温度误差，除选用温度系数小的元件或采用恒温措施外，由U_H=K_HIB可看出：采用恒流源供电是个有效措施，可以使霍尔电动势稳定。但也只能是减小由于输入电阻随温度变化所引起的激励电流I的变化的影响。

霍尔元件的灵敏系数K_H也是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电动势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成

K_H=K_H0（1+αΔT）

式中 K_H0——温度T₀时的K_H值；

ΔT=T-T₀——温度变化量；

α——霍尔电动势温度系数。(www.xing528.com)

大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电动势随温度升高而增加αΔT倍。但如果同时让激励电流I_s相应地减小，并能保持K_H·I_s乘积不变，也就抵消了灵敏系数K_H增加的影响。图6-19所示就是按此思路设计的一个既简单，补偿效果又较好的补偿电路。电路中I_s为恒流源，分流电阻R_p与霍尔元件的激励电极相并联。当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻R_p自动地增大分流，减小了霍尔元件的激励电流I_H，从而达到补偿的目的。

图6-19 恒流温度补偿电路

在图6-19所示的温度补偿电路中，设初始温度为T₀，霍尔元件输入电阻为R_i0，灵敏系数为K_H0，分流电阻为R_p0，根据分流概念得

当温度升至T时，电路中各参数变为

R_i=R_i0（1+δΔT）

R_p=R_p0（1+βΔT）

式中 δ——霍尔元件输入电阻温度系数；

β——分流电阻温度系数。

虽然温度升高了ΔT，为使霍尔电动势不变，补偿电路必须满足温升前、后的霍尔电动势不变，即U_H0=U_H，则

将上式经整理并略去αβ（ΔT）2高次项后得

当霍尔元件选定后，它的输入电阻R_i0和温度系数δ及霍尔电动势温度系数α是确定值。由式即可计算出分流电阻R_p0及所需的温度系数β值。为了满足R_p0及β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，这样效果很好。