霍爾元件的誤差及其補(bǔ)償

1、霍爾元件的誤差及其補(bǔ)償由于制造工藝問題以及實(shí)際使用時所存在的各種影響霍爾元件性能的因素，如元件安裝不合理、環(huán)境溫度變化等，都會影響霍爾元件的轉(zhuǎn)換精度，帶來誤差。（一）霍爾元件的零位誤差及其補(bǔ)償霍爾元件的零位誤差包括不等位電動勢、寄生直流電動勢等。1.不等位電動勢U0及其補(bǔ)償不等位電動勢是零位誤差中最主要的一種。當(dāng)霍爾元件在額定控制電流(元件在空氣中溫升10所對應(yīng)的電流)作用下，不加外磁場時，霍爾輸出端之間的空載電勢，稱為不等位電動勢U0。U0產(chǎn)生的原因是由于制造工藝不可能保證將兩個霍爾電極對稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上，如圖8a所示。此外霍爾片電阻率不均勻或片厚薄

2、不均勻或控制a)兩電極點(diǎn)不在同一等位面上b)等位面歪斜電流極接觸不良都將使等位面歪斜（見圖8b），致使兩霍爾電極不在同一等位面上而產(chǎn)生不等位電動勢。一般要求U0lmV。除了工藝上采取措施降低U0外,還需采用補(bǔ)償電路加以補(bǔ)償。由于霍爾元件可等效為一個四臂電橋，如圖9a所示，因此可在某一橋臂上并上一定電阻而將U0降到最小，甚至為零。圖9b中給出了幾種常用的不等位電動勢的補(bǔ)償電路，其中不對稱補(bǔ)償圖9霍爾元件等效電路和不等位電動勢補(bǔ)償電路a)霍爾元件等效電路b)幾種不等位電動勢的補(bǔ)償電路簡單，而對稱補(bǔ)償溫度穩(wěn)定性好。2寄生直流電動勢當(dāng)霍爾元件通以交流控制電流而不加外磁場時，霍爾輸出除了交流不等位電動勢

3、外，還有直流電動勢分量，稱為寄生直流電動勢。該電動勢是由于元件的兩對電極不是完全歐姆接觸而形成整流效應(yīng)，以及兩個霍爾電極的焊點(diǎn)大小不等、熱容量不同引起溫差所產(chǎn)生的。它隨時間而變化，導(dǎo)致輸出漂移。因此在元件制作和安裝時，應(yīng)盡量使電極歐姆接觸，并做到散熱均勻，有良好的散熱條件。另外，霍爾電極和激勵電極的引線布置不合理，也會產(chǎn)生零位誤差，也需予以注意。（二）霍爾元件的溫度誤差及其補(bǔ)償一般半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等都隨溫度而變化?；魻栐砂雽?dǎo)體材料制成，因此它的性能參數(shù)如輸入和輸出電阻、霍爾常數(shù)等也隨溫度而變化，致使霍爾電勢變化，產(chǎn)生溫度誤差。為了減小溫度誤差，除選用溫度系數(shù)較小的材料

4、如砷化銦外，還可以采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電路。下面簡單介紹幾種溫度誤差的補(bǔ)償方法。1.采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻溫度變化引起霍爾元件輸入電阻變化，在穩(wěn)壓源供電時，使控制電流變化，帶來誤差。為了減小這種誤差，最好采用恒流源（穩(wěn)定度0.1）提供控制電流。但元件的靈敏度系數(shù)kH也是溫度的函數(shù)，因此采用恒流源后仍有溫度誤差。為了進(jìn)一步提高UH的溫度穩(wěn)定性，對于具有正溫度系數(shù)的霍爾元件，可在其輸入回路中并聯(lián)電阻RP，如圖10所示。設(shè)溫度t0時，元件的靈敏度系數(shù)為kH0，輸入電阻為Ri0，而溫度上升到t時，它們分別為kHt、Rit。kHt=kH01+(t-t0)，Rit=Ri01+(t-t0)，其中為霍爾元

5、件靈敏度溫度系數(shù)；為元件的電阻溫度系數(shù)。由圖可知，I=IP+IH，IPRP=IHRi，所以IH=RPI/(Ri+RP)。t0時IH0=RPI/(Ri0+RP)，t時IHt=RPI/(Rit+RP)，因此IHt=RPI/Ri01+(t-t0)+RP。為了使霍爾電勢不隨溫度而變化，必須保證t0和t時的霍爾電勢相等，即kH0IH0BkHtIHtB。將有關(guān)式代入，則可得所以(5-4)霍爾元件的Ri0、和值均可在產(chǎn)品說明書中查到。通常，所以式（5-4）可簡化為(5-5)根據(jù)式（5-5）選擇輸入回路并聯(lián)電阻RP，可使溫度誤差減到極小而不影響霍爾元件的其它性能。實(shí)際上RP也隨溫度而變化，但因其溫度系數(shù)遠(yuǎn)比值

6、小，故可以忽略不計。2合理選取負(fù)載電阻RL的阻值霍爾元件的輸出電阻Ro和霍爾電勢UH都是溫度的函數(shù)（設(shè)為正溫度系數(shù)），當(dāng)霍爾元件接有負(fù)載RL（如放大器的輸入電阻）時，在RL上的電壓為式中Ro0��溫度為t0時的霍爾元件輸出電阻。其它符號含義同上。為使負(fù)載上的電壓不隨溫度而變化，應(yīng)使dUL/d(t-t0)=0，即得(5-6)可采用串、并聯(lián)電阻的方法使上式成立來補(bǔ)償溫度誤差。但霍爾元件的靈敏度將會降低。3采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻當(dāng)霍爾元件采用穩(wěn)壓電源供電，且霍爾輸出開路狀態(tài)下工作時，可在輸入回路中串入適當(dāng)?shù)碾娮鑱硌a(bǔ)償溫度誤差。其分析過程與結(jié)果同式（5-5）。4采用溫度補(bǔ)償元件（如熱

7、敏電阻、電阻絲等）這是一種常用的溫度誤差的補(bǔ)償方法，尤其適用于銻化銦材料的霍爾元件，圖11示出了幾種不同連接方式的例子。熱敏電阻Rt具有負(fù)溫度系數(shù)，電阻絲具有正溫度系數(shù)。圖a、b、c中霍爾元件材料為銻化銦，其霍爾輸出具有負(fù)溫度系數(shù)。圖d為用Rt補(bǔ)償霍爾輸出具有正溫度系數(shù)的溫度誤差。使用時要求這些熱敏元件盡量靠近霍爾元件，使它們具有相同的溫度變化。5霍爾元件不等位電動勢U0的溫度補(bǔ)償U(kuò)0受溫度的影響，可采用如圖12所示的橋路補(bǔ)償法。圖中RP用來補(bǔ)償U(kuò)0。在霍爾輸出端串入溫度補(bǔ)償電橋，Rt是熱敏電阻。橋路輸出隨溫度變化的補(bǔ)償電壓與霍爾輸出的電壓相加作為傳感器輸出。細(xì)心調(diào)節(jié)，在40范圍內(nèi)補(bǔ)償效果很好。應(yīng)該指出，霍爾元件因通入控制電流I而有溫升，且I變動，溫升改變，都會影響元件的內(nèi)阻和霍爾輸出。為使溫升不超過所需值，必須對霍爾元件的額定控制電流加以限制，尤其在安裝元件時要盡量做到散熱