Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(4)
图 2.2 不等位电势的产生与霍尔元件的等效电路
（2） 温度误差
霍尔元件与一般半导体元件一样，对温度的变化是敏感的。这是因为霍尔元件的电阻率、载流子迁移率、浓度等都是温度的函数。因此，在工作温度变化时，它的一些特性参数，如内阻、霍尔电势等都要发生相应的变化，从而使霍尔传感器产生温度误差，必须采用适当方法补偿[ ]。
常见的温度补偿方法有恒流源提供控制电流、输入端并联电阻法和热敏元件法等。输入端并联电阻法就是在输入端并联适当的电阻R，R取值与霍尔元件内阻温度系数和霍尔电势温度系数有关，且要求两个温度系数具有相同的符号。热敏元件法就是利用热敏元件的温度特性来匹配霍尔元件的温度系数，达到抵消作用。
2.3 霍尔元件的构成与基本特性
霍尔元件的外形如图 2.3所示，它是由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，称为控制电流端引线。其焊接处成为控制电流极，要求焊接处接触电阻很小，并呈纯电阻。在薄片的另两侧断面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线。其焊接处成为霍尔电极，要求欧姆接触，且电极宽度与基片长度之比要小于0.1，否则影响输出。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装[ ]。
图 2.3 霍尔元件
霍尔元件有以下几个基本特性：霍尔系数（又称霍尔常数）RH、霍尔灵敏度KH（又称霍尔乘积灵敏度）、霍尔额定激励电流、霍尔最大允许激励电流、霍尔输入电阻、霍尔输出电阻、霍尔元件的电阻温度系数、霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点）、霍尔输出电压、霍尔电压输出比率、霍尔寄生直流电势、霍尔电势温度系数等。
霍尔元件的电阻温度系数是指在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃。霍尔电势温度系数是指在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
3 霍尔磁传感器方案的制定
磁传感器广泛应用于自动控制、信息传递、电磁测量等各个领域。目前常用的磁场传感器有霍尔传感器、磁通门传感器、振动或转动线圈等。霍尔传感器具有灵敏度高，频响宽、动态范围大、非接触、体积小等众多优点，便于制成特殊规格的探头，实现不同环境下的测量。因此设计霍尔磁传感器具有重要的意义。
3.1 霍尔磁传感器总体结构设计
为了对要求设计的霍尔磁传感器特性进行系统的研究改进，构建了一个由恒流源模块、霍尔元件、信号调理模块、A/D采集模块、单片机控制模块、上位机处理显示模块构成的完整的磁传感器实验系统。其整体结构框图如图 3.1所示。
图 3.1总体结构设计
总体来说，电路分为模拟电路和数字电路两部分。其中模拟电路主要负责将外界被测磁场信号转换为相应的电压信号，并输出该电压值；数字电路主要负责将输出的模拟信号进行处理，转换为数字信号并加以处理显示和存储，这使数字电路成为通用电路，当模拟部分电路改变时仍可使用该数字电路部分，从而节省了设计成本。
霍尔磁传感器的基本工作过程如下：在无磁场的条件下对霍尔元件输出调零后，将霍尔探头（霍尔元件）放入某个磁场中，恒流源产生恒定电流驱动霍尔元件，使之产生一个电压输出，此电压就是磁场的函数。通过信号调理电路适当调整电压信号，以便后续A/D采集和处理。单片机控制A/D采集电压信号，将模拟量转化为数字量，适当存储后与上位机开始串口通信。上位机接收下位机传送上来的数据进行适当变换处理和实时显示，并放入相应的文件存储。
上一篇：惯组初始对准技术研究+文献综述
下一篇：手动控制机器人底盘行走机构的设计