CN1082200A - 线性霍尔电路 - Google Patents

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Abstract

由一个霍尔器件和偏置电路构成的霍尔电路，具 有一个电流注入电路，向霍尔器件的两个偏置电极反 馈霍尔电流，使霍尔器件的输出电极处于某一个参考 电位，以此参考电位为输出零点的一个电流-电压转 换电路将霍尔器件的输出霍尔电流转换成为输出电 压。

Description

本发明属于磁敏电路，即用于测量磁场的电路。
最近关于霍尔电路技术的一项新进展是发现了霍尔器件的电流模式。例如专利文献EP0357013发明的电路采用了从霍尔器件的一个霍尔电极注入电流的方法，如图1所示。该注入电流与霍尔电流相等，并转换为电路的输出电压。从而实现磁场的测量。但是，由于霍尔电流的存在，霍尔器件两个偏置电极的电流将是不相等的，并且将随外加磁场变化，从而导致霍尔电流与磁场关系的非线性。此外，图1的电路还有一个缺点，其输出电压的零点是霍尔器件内阻与偏置电阻对电源电压的分压值。因而霍尔器件内阻值的离散或温度漂移将引起输出零点偏差。最近中国专利文献90106846.2-5提出的对称偏置技术保证了霍尔器件的两个偏置电极的电流之和不随磁场变化。从而保证了霍尔电流与磁场的线性关系。并且电路的输出零点是电源电压的中点电位，与霍尔器件内阻无关，因而比较稳定。但是此零点是浮动零点。在采用正负双电源供电的场合，电源电压的变化将引起相应的输出零点漂移。
本发明的目的在于使霍尔电路的输出具有一个稳定的参考零点，例如”地”电位，同时保证霍尔电流与磁场的良好线性关系。本发明的基本电路方案如图2所示。
图2的电路原理如下：霍尔器件15的两个偏置电极15a、15c与电流源I1（11）、I2（21）分别连接;它的两个霍尔电极15b、15d与运放OA1（17）、OA2（25）的反相输入端分别连接。运放OA1与OA2的同相输入端接至参考“地”（27）。OA1的输出端通过电阻R1、R2分别反馈连接至霍尔器件的偏置电极15a、15c。这样，当外加磁场使霍尔器件产生霍尔电流Ih时，运放OA1的输出将通过电阻R1、R2向霍尔器件的偏置电极15a、15c注入反馈电流Ih1、Ih2，以保证霍尔电极15b处于地电位。下面用图3来进一步说明图2电路对磁场的响应。
图3为图2的简化电路，其中霍尔器件用一个等臂电桥来等效。磁场作用下产生的霍尔电流用霍尔轴对角线上的霍尔电流源Ih（15e）表示。此外，图中略去了偏置电流源I1与I2。因为它们不影响电路中信号行为的增量关系。从图3不难看出，因为霍尔器件是一个等臂电桥，故反馈电流Ih1在上面两桥臂中是平分的。同样，Ib2在下面两桥臂中也是平分的。由于霍尔电极15b没有电流出入，故有（Ih1+Ih2）/2＝Ih，因此，霍尔电极15d的输出电流为
Iout＝Ih1+Ih2＝2Ih.
此输出电流经运放OA2与电阻R3构成的电流-电压转换器转换为电路最终的输出电压Vo。
本发明的电路设计有如下优点：（1）输出电压的零点是参考电位“地”;（2）偏置电流源I1与I2或其替代物电阻的失配不会引入零点误差;（3）参考“地”无电流，故可用作增益调整端，而不影响输出零点;也可用作输出零点设定或调零端子，而不会引入附加漂移;（4）当反馈电阻R1与R2相等时，反馈至霍尔器件两偏置电极的注入电流Ih1与Ih2相等。因此，霍尔器件的两个偏置电极的电流之和将与磁场无关。从而保证了霍尔电流Ih与磁场的线性关系。这时Ih1、Ih2均与Ih相等，因此可以称之为反馈霍尔电流。它们都与磁场具有线性关系。因此霍尔输出电流Iout及电路的输出电压Vo也与磁场具有线性关系;（5）偏置电流源采用温度源或用热敏电阻代替易于实现温度补偿。
实施实例：电路如图4，其中电路元器件参数如下，R1＝R2＝R3＝R4＝7.5k;R5＝100k;运放OA1，OA2为uA741。霍尔器件为GaAs外延器件，其灵敏度≈0.4/T（T＝特斯拉）。电源电压V+＝15V，V-＝-15V。电路输出电压Vo对磁场的灵敏度≈80V/T。
附图说明：
图1.此前的电路方案。
图2.本发明的电路设计方案。
图3.说明图2电路原理的简化等效电路。
图4.实施电路例。

Claims (5)

1、一个用于磁场测量的霍尔电路，包含一个霍尔器件(15)与偏置电路(11，21)，其特征在于：
a.有一个电流注入电路(13，17，19)向霍尔器件的偏置轴两极反馈霍尔电流(Ih1，Ih2)；
b.所说的霍尔器件在其霍尔轴的输出极(15d)产生一个输出霍尔电流(Iout)；
c.一个放大电路(25，29)将所说的霍尔器件的输出霍尔电流Iout转换为电路的输出电压。
2、根据权利要求1的电路，其特征在于，所说的向偏置轴两极注入的反馈霍尔电流迫使霍尔器件的霍尔电极（15b）处于某一个参考电位（27）。
3、根据权利要求1的电路，其特征在于，所说的电流注入电路是一个反馈连接的运算放大器（17），其反相输入端与霍尔器件霍尔轴的参考极（15b）连接，其同相输入端连接至一个参考电位（27），其输出端通过两个反馈电阻R1，R2（13，19）与霍尔器件的两个偏置极（15a，15c）分别连接。
4、根据权利要求3的电路，其特征在于，所说的两个反馈电阻R1与R2的阻值相等。
5、根据权利要求1的电路，其特征在于，所说的放大电路是一个以某一个参考电位（27）为输出零点，由一个运算放大器（25）和一个负反馈电阻（29）构成的电流-电压转换器。
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