霍尔式传感器基本测量电路

基本测量电路的组成与连接关系

霍尔式传感器的基本测量电路由电源 $E$、可变电阻 $R_{\mathrm{p}}$（调流电阻）、霍尔元件（霍尔片，等效电阻记为 $R_{\mathrm{H}}$）和负载电阻 $R_{\mathrm{L}}$ 组成。电源 $E$、可变电阻 $R_{\mathrm{p}}$ 与霍尔元件 $R_{\mathrm{H}}$ 串联构成激励主回路，用于向霍尔元件提供控制电流（激励电流）$I$；负载电阻 $R_{\mathrm{L}}$ 并联在霍尔元件的霍尔电压输出端，用于接收霍尔电压 $U_{\mathrm{H}}$。

各元件的作用

• 电源 $E$：提供激励电流所需的电能。
• 可变电阻 $R_{\mathrm{p}}$：用于调节激励电流 $I$ 的大小。
• 霍尔片：在控制电流 $I$ 与磁场 $B$ 的共同作用下产生霍尔电压 $U_{\mathrm{H}}$。
• 负载电阻 $R_{\mathrm{L}}$：一般用于表征显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗，即霍尔电压的输出负载。

回路电流关系

在基本测量电路中，激励主回路的电流为

式中 $E$ 为电源电压（单位 V），$R_{\mathrm{p}}$ 为调流电阻（单位 Ω），$R_{\mathrm{H}}$ 为霍尔元件的输入电阻（单位 Ω），$I$ 为激励电流（单位 A）。调节 $R_{\mathrm{p}}$ 即可改变 $I$。

霍尔电压输出关系

霍尔电压与激励电流、磁感应强度的关系为

式中 $U_{\mathrm{H}}$ 为霍尔电压（单位 V），$K_{\mathrm{H}}$ 为霍尔灵敏度（单位 V/(A·T) 或 mV/(mA·T)），$I$ 为控制电流（单位 A），$B$ 为磁感应强度（单位 T）。当磁场方向与霍尔片法线方向夹角为 $\theta$ 时，有效磁场为法线方向分量，此时 $U_{\mathrm{H}}=K_{\mathrm{H}}IB\cos \theta$。

该基本电路的两个主要问题

1. 霍尔电势较小：霍尔元件输出的霍尔电压 $U_{\mathrm{H}}$ 数值较小，直接驱动负载或显示仪表时信号幅度不足。
2. 电流无法保持恒定：霍尔元件电阻随温度变化，而回路电流 $I=E\mathrm{/}(R_{\mathrm{p}}+R_{\mathrm{H}})$ 与 $R_{\mathrm{H}}$ 有关，因此温度变化时激励电流 $I$ 随之变化，导致霍尔电压不稳定。

适用范围

上述基本测量电路适用于说明霍尔式传感器激励与输出的基本连接方式，以及分析温度变化对激励电流稳定性的影响。