Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(6)
霍尔传感器的工作电流通常为几或十几毫安。通过比较，选用了LM334Z实现传感器的恒流源输入。LM334Z是一种3端可调精密集成恒流源，输出电流的大小可以由外部电阻调节。集成恒流源是目前性能最优良的可调式精密恒流源。但半导体材料对温度变化比较敏感，因此通过一个二极管和一个电阻对其进行温度补偿，消除温度对其输出的影响。接法如图 4.3所示：
图 4.3 恒流源设计原理图
恒流源输出的电流ISET由I1、I2和IBIAS组成， ，其中， ， 。
根据给定的温度对电压漂移的影响系数为227 ，二极管的温度系数为25 。通过提高5.9%的VR的值使得IBIAS包含在I1中，则
得： ，即当 时，温度的影响可以忽略。
(4.3)
解得： 。因此，可以通过选择R1的阻值来控制恒流源的输出[ ]。
考虑到选择的霍尔元件控制电流和LM334Z能够提供的电流范围，设计控制电流为10mA，既保证LM334Z能够很好的提供，又能使得霍尔元件有较大的电压输出。简单计算可知，R1采用15Ω的电阻，R2采用150Ω的电阻，则ISET理论值为8.93mA。
表 4.1是实际搭建恒流源电路，不同负载时电流输出情况。由于选用的霍尔元件阻值大致为500～900Ω，所以实验过程中主要观察负载为1kΩ以内的恒流源输出情况。另外LM334Z工作电压应大于10V(输出电流按10mA，霍尔元件电阻按1kΩ计算)，所以采用12V供电。若负载大于1kΩ，则不能保证恒流源始终输出固定电流值。
表 4.1实验测定恒流源的输出电流
恒流源负载电阻(Ω) 负载电阻两端电压(V) 实际通过负载的电流（mA）
1000 9.922 9.922
470 4.727 10.057
238 2.348 9.866
如图 4.4所示，接入霍尔元件（霍尔元件相当于一个电桥），测得霍尔元件2，4引脚两端电压为6.802V，说明此时霍尔元件相当于一个600多Ω的电阻。
图 4.4霍尔元件简单测试电路
4.1.2 调零电路设计
此调零电路主要用来补偿霍尔元件的不等位电势。由于分析不等位电势时，可把霍尔元件等效为一个电桥。因此所有能使电桥达到平衡的方法都可用来补偿不等位电势[11]。电桥四个电阻阻值不同，则输出电压不为零(即不等位电势)，仿真结果如图 4.5（a）所示，实验结果如图 4.5（b）所示。
图 4.5霍尔元件零磁场输出
由于霍尔元件的控制电流为直流，只需进行幅度补偿，故本文采用了较为简单有效的方法──在相邻桥臂并联一个电位器，通过调节电位器来使相对桥臂阻值的乘积相等，从而实现电桥的平衡，仿真与实际电路分别如图 4.6 (a)和(b)所示。
图 4.6 调零后霍尔元件的输出
4.1.3 信号调理电路设计
霍尔元件的输出电压信号较为微弱，仅为毫伏数量级，因此有必要用测量放大器对其进行放大。测量放大器广泛的用于各种测量、控制系统中，经历了分离元件、集成运算放大器组合和单片集成几个阶段。目前集成运放组合式和单片集成式由于其性能优越，组合灵活而成为测量放大器的主要构成形式。
霍尔元件的输出电压是一个差分信号。本文在最初设计时考虑采用LM358构建仪用放大器进行差分放大，但是由于实验时LM358存在不能精确地调节放大倍数，电阻匹配等问题突出，而且在调节电位器时，放大电路输出电压始终较大。因此，最后综合考虑采用高精度仪用放大器AD620进行电压信号的放大输出。
AD公司生产单片集成放大器AD620，其本质上就是运算放大器组合式差分放大器的集成。该放大器为低成本、低功耗集成仪用放大器，是一个典型的三运放同相并联差动放大器的集成，仅需外接一个电阻即可设定放大器的增益，且增益调节范围为1～1000，符合多种应用场合的要求，尤其是在精密数据采集系统中获得广泛应用[17]。
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