Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(3)
第五章：基于模块化的设计思路，给出了整个系统的程序流程图。根据数字硬件电路所完成的不同功能设计了相应的功能模块，并给出了这些模块的程序流程图。
第优尔章：对实验方法作了简单的介绍；根据实验中获得的数据对传感器进行了静态标定，并给出了弱磁传感器的静态特性，进行了实验结果分析。
最后总结了本文研究内容，针对系统的不足之处，提出了一些有待进一步改进和完善的方面。
2 霍尔效应的原理
霍尔磁传感器在许多领域有着广阔的应用前景，因此受到世界范围内众多科研人员的广泛关注。而霍尔磁传感器是以霍尔效应为基础的。为了更好地了解这种传感器，下面就从理论方面对霍尔效应做一简要的分析。
2.1 霍尔效应的基本原理
1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件。基于霍尔效应的传感器具有许多优点，因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用[ ]。
图 2.1 霍尔效应原理图
如图 2.1，一块长 、宽为 、厚为 的N型半导体薄片，位于磁感应强度为 的磁场中， 垂直于 平面。沿 通电流I，N型半导体中载流子——电子将受到 产生的洛伦兹力 的作用。
在力 的作用下，电子向半导体片的一个侧面偏转，在该侧面上形成电子的累积，而在相对的另一侧面上因缺少电子而出现等量的正电荷。在这两个侧面上产生霍尔电场EH，相应的电势成为霍尔电势UH。
半导体中电子受到的洛伦兹力 为(2.1)
式中 ——半导体电子运动的速度；
——电子的电荷量。
霍尔电场产生的电场力 为 (2.2)
霍尔电场阻止电子继续偏转，当电场力 与磁场力 相同时，电子累积就达到动态平衡。此时，两侧面建立的电场成为霍尔电场。上述分析可表示为
当电子运动的方向与外磁场强度方向相互垂直时，则有
把电子速度 代入，则霍尔电势为
式中 ——霍尔系数（ ），该系数反映霍尔效应的强弱，由材料物理性质决定。
——霍尔器件的灵敏度（ ），它表示霍尔器件在单位磁感应强度和单位激励电流作用下霍尔电势的大小，不仅与霍尔器件的材料有关，还与尺寸有关。
如果磁场方向与半导体薄片法线方向不垂直，其角度为 ，则霍尔电势为：（2.6）
2.2 霍尔效应的附加效应及消除办法
与霍尔电压同时存在的附加效应有两大类：一类是不等位电势差，另一类是温度误差 [ ]。
下面将具体介绍各个效应产生的原因和消除办法。
（1） 电极位置不对称产生的不等势电势差
霍尔元件在额定激励电流作用下，不加外磁场时，霍尔电极间的空载电势 ，成为不等位电势，它是一个主要的零位误差。造成不等位电势的主要原因是：在制作霍尔元件时，两个霍尔电极不可能保证装在同一等位面上，如图 2.2 (a)所示。此外霍尔元件材料的电阻率不均，霍尔片的厚度、宽度不一致，电极与片子的接触不良等也会产生不等位电势。
在分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，如图 2.2 (b)所示。电桥的四个臂分别为 。当两个霍尔电极在同一等位面上时，四桥臂电阻相
等，此时电桥平衡，无不等位电势（ ）。当霍尔电极不再同一等位面上时，四桥臂电阻不等，电桥处于不平衡状态，输出电压 不等于零（ ）。因此，所有使能电桥达到平衡的方法都可用来补偿不等位电势。当应当指出，因 随温度变化，在一定温度下进行补偿以后，当温度变化时，补偿效果会变差。另外，当控制电流为交流时，不仅要进行幅值补偿，还要进行相位补偿。
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