霍尔不等位电动势补偿电路

不等位电动势的来源

霍尔元件在未加磁场时，理论上霍尔电极之间不应有输出电压。但实际元件由于以下原因会产生零位输出，称为不等位电动势 $U_o$：

• 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；
• 半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不对称；
• 激励电极接触不良造成激励电流分配不均匀。

不等位电动势与霍尔电动势具有相同数量级，有时甚至超过霍尔电压，是零位误差中最主要的一种。

不等位电阻

不等位电阻 $r_o$ 定义为未加磁场时不等位电动势与激励电流之比：

式中 $U_o$ 为不等位电动势（单位：V），$I$ 为激励电流（单位：A），$r_o$ 的单位为 $\mathrm{\Omega }$。

等效电桥模型与补偿原理

霍尔元件可以等效为一个四臂电桥，四个桥臂电阻分别为 $R_1$、$R_2$、$R_3$、$R_4$。当存在不等位电阻时，电桥不平衡，桥臂电阻比例不满足平衡条件（$R_1\mathrm{/}{R}_2\mathrm{\ne }{R}_3\mathrm{/}{R}_4$ 或 $R_1\mathrm{/}{R}_3\mathrm{\ne }{R}_2\mathrm{/}{R}_4$，以实际桥臂编号为准），导致零磁场下有输出电压。补偿的基本思路是：在电桥的某些桥臂上并联电阻，改变相应桥臂的等效阻值，使电桥达到平衡，从而消除不等位电动势。

不对称补偿

在电桥阻值较大的桥臂上并联一个可调电阻，使该桥臂等效阻值减小，直至电桥平衡。这种补偿方式电路结构相对简单，称为不对称补偿。

对称补偿

在两个桥臂上同时并联电阻，使电桥平衡。这种补偿方式称为对称补偿。对称补偿除了补偿不等位电动势外，对温度也具有一定的补偿作用，温度稳定性较好。

六种补偿电路接法

根据补偿电阻接入位置的不同，常见六种接法：

• 补偿电阻跨接在左侧输入端与输出端之间；
• 补偿电阻跨接在右侧输入端与输出端之间；
• 采用双电阻结构，一侧为可调电阻，另一侧为固定电阻；
• 补偿电阻跨接在某一桥臂的两端（即并联在该桥臂上），以改变该桥臂等效阻值；
• 补偿电阻跨接在另一侧输入端与输出端之间；
• 包含电容、固定电阻及两个可调电阻的多路反馈补偿网络。

各方案均通过在霍尔元件特定电极间接入可调电阻 $R_{adj}$ 进行调节，使等效电桥达到平衡。

适用范围与条件

补偿电路的作用是消除零磁场下的不等位电动势。对称补偿在补偿不等位电动势的同时对温度变化引起的漂移也有一定抑制作用，适用于温度变化较大的场合。补偿电阻的调节需在零磁场条件下进行，以使输出为零。