Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(5)
在整个传感器的设计中，首先离不开霍尔元件的选择。优良的器件能够简化硬件电路和补偿措施，从而提高测量精度。为此，下面介绍了霍尔元件的选择。
3.2 霍尔元件的选择
按照霍尔元件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。本文采用霍尔线性器件来实现磁场的测量。
霍尔元件一般采用N型锗（Ge），锑化铟（InSb）和砷化铟（InAs）等半导体材料制成。目前最常用的霍尔元件材料是锗、硅、锑化铟、砷化铟和不同比例亚砷酸铟和磷酸铟组成的（ ）型固熔体（其中y表示百分比）等半导体材料。锑化铟元件的霍尔输出电势较大，但受温度的影响也大；锗元件的输出电势小，受温度影响小，线性度较好[ ]。
另外，砷化镓（GaAs）霍尔器件更是其中的佼佼者。砷化镓材料不但提高了器件的抗静电击穿能力、线形度和成品率，而且大幅降低了生产成本，使砷化镓霍尔器件在性价比及功能方面均优于传统的锑化铟（InSb）和硅（Si）霍尔器件，是霍尔器件新一代替代产品[ ]。从性能上看，GaAs霍尔器件灵敏度比较高，而且有着InSb霍尔器件无法比拟的优势，具有温度特性优良、输出电压性好、输入阻抗高、低失衡率等到优点，特别更在温度系数和工作范围两项指标上，在高端应用时具有绝对优势，达到国际先进水平，有些关键指标处于世界领先地位。
在众多砷化镓材料制作的霍尔元件中，本文选用了SJ系列的砷化镓霍尔元件SJ119。它是一种采用Ⅲ-Ⅴ族半导体材料砷化镓（GaAs）单晶，用离子注入工艺制作的磁电转换元件，并且具有线性度优良、温度稳定性好、采用微型封装等特点。
如图 3.2所示，将霍尔元件的四个脚插在扁平电缆内，即可做成一个简易的探头，可从电路中引出一段较长的距离去测量被测磁场。
图 3.2 霍尔元件探头
其主要指标如图 3.3所示。
图 3.3 线性霍尔元件SJ119的一些指标
可见，霍尔元件SJ119的霍尔输出电压温度系数是负值，而后续电路一般采用的运放的失调温度漂移为正值，在一定程度上可以起到抵消作用。
根据霍尔效应的原理，可通过改变磁场的大小（改变永久磁铁与霍尔元件的距离）判断线性霍尔元件的好坏，原理图如图 3.4。
图 3.4 霍尔元件判断好坏原理图
永久磁铁从远到近逐渐靠近线性霍尔元件时，该线性霍尔元件的输出电压逐渐从小到大变化，这说明该线性霍尔元件是好的；如果永久磁铁从远到近逐渐靠近线性霍尔元件时，该线性霍尔元件的输出电压保持不变，这说明该线性霍尔元件已被损坏[15]。整体实验前，对选用的砷化镓霍尔元件SJ119进行测试实验，证明此霍尔元件是好的且线性度优良。
4 霍尔磁传感器系统硬件电路设计
硬件设计的根本任务是根据传感器系统总体设计要求，在确定设计方案的基础上，具体设计了各个模块的电路，并绘制了电路原理图和PCB图。
4.1 霍尔磁传感器模拟电路设计
如第3章第1节的图 3.1所示，传感器系统模拟电路主要有恒流源电路、调零电路、信号调理电路（包括放大电路、滤波电路）等。图 4.1为整体电路原理图， 图 4.2为PCB图。下面将就这几个电路分别进行设计说明。
图 4.1 模拟电路原理图
图 4.2模拟电路PCB图
4.1.1 恒流源电路设计
霍尔元件可采用定电压驱动和定电流驱动，但考虑到温度是霍尔效应中至关重要的影响因素，而且采用的SJ119霍尔元件输入输出电阻的温度系数比霍尔输出电压的温度系数大得多，本文采用了恒流源驱动。采用恒流源提供霍尔元件的控制电流，不仅使得霍尔元件工作条件稳定，而且从源头有效减少了温度变化的影响，霍尔输出电势仅与外部施加磁场的大小有关。
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