本發(fā)明涉及一種霍爾電路及其信號(hào)輸出方法。

現(xiàn)有技術(shù)

霍爾元件與霍爾電路作為磁場(chǎng)測(cè)量的一種工具，在電力電子技術(shù)與傳感器電子學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的需要。它可用于各種情形的磁場(chǎng)測(cè)量。在現(xiàn)有技術(shù)中，霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)大都以差動(dòng)霍爾電壓信號(hào)的形式輸出，然后再經(jīng)由與霍爾元件相連接的后級(jí)電路放大和變換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于揭示霍爾元件的一種新穎的工作方式，即短路霍爾電流單端輸出方式，以及實(shí)現(xiàn)和利用這種工作方式的電路原理與設(shè)計(jì)技術(shù)。

本發(fā)明公開了一種霍爾電路，由一個(gè)霍爾元件和控制與轉(zhuǎn)換電路，霍爾元件的偏置電路，以及共模電位補(bǔ)償電路構(gòu)成?？刂婆c轉(zhuǎn)換電路是由一個(gè)高增益差動(dòng)放大器或運(yùn)算放大器構(gòu)成的負(fù)反饋電路。放大器的同相輸入端與反相輸入端分別與霍爾元件的兩個(gè)輸出電極連接，一個(gè)用于增益控制的反饋電阻連接在所述的放大器的輸出端與反相輸入端之間。偏置電路包括兩個(gè)電阻，一個(gè)電阻連接在正電源線與霍爾元件的一個(gè)輸入電極之間，另一個(gè)電阻連接在負(fù)電源線與霍爾元件的另一個(gè)輸入電極之間，且兩個(gè)電阻的電阻值相等。偏置電路包括一個(gè)電阻和一個(gè)電流源，電阻連接在正負(fù)電源線之一與霍爾元件的一個(gè)輸入電極之間，電流源連接在另一電源線與霍爾元件的另一個(gè)輸入電極之間，該電流源是一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流源。

本發(fā)明公開的霍爾電路的信號(hào)輸出方法，控制與轉(zhuǎn)換電路將霍爾元件的兩個(gè)輸出電極保持等電位狀態(tài)，且霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)以電流信號(hào)的形式反饋給轉(zhuǎn)換電路并轉(zhuǎn)換為電路的輸出電壓。

上述的霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)的輸出方法還具有另外一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，即其后級(jí)放大電路十分簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)電阻。

本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)各種方式的集成化，例如單片集成，混合集成，以及采用表面安裝元件的模式集成等。并且，集成后電路引出端子少，可以僅有三個(gè)引出端，即正負(fù)電源端以及輸出端，而且，只要增加第四個(gè)引出端，就可以從電路外部實(shí)現(xiàn)增益控制與輸出調(diào)零。

附圖說明

圖1.本發(fā)明的基本電路。

具體實(shí)施方式

圖1示出了本發(fā)明的基本電路，它包含一個(gè)霍爾元件10，一個(gè)運(yùn)算放大器OA和一個(gè)電阻Rf?；魻栐?0的兩個(gè)輸出電極12、14與運(yùn)算放大器OA的反相輸入端和同相輸入端分別連接。電阻Rf連接在運(yùn)算放大器OA的輸出端15與反相輸入端之間。由于電阻Rf提供的負(fù)反饋?zhàn)饔?，霍爾元?0的兩個(gè)輸出電極12與14在理想情況下將被強(qiáng)迫處于等電位狀態(tài)，即“短路”狀態(tài)。因此，當(dāng)霍爾元件10的兩個(gè)輸入電極11與13之間有工作偏置電流通過，并且有磁場(chǎng)存在時(shí)，霍爾元件10對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)將以短路霍爾電流的形式輸出。在理論上，霍爾元件的短路霍爾電流在差動(dòng)輸出情況下，其對(duì)磁場(chǎng)的歸一化靈敏度與霍爾元件的開路霍爾電壓對(duì)磁場(chǎng)的歸一化靈敏度是相等的。但是，在圖1所示的情形下，由于運(yùn)算放大器在理想情況下具有趨于無窮大的輸入阻抗，其輸入端電流為零，因而霍爾元件10對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)所產(chǎn)生的短路霍爾電流不能從它的輸出電極14輸出，而只能從它的輸出電極12輸出后流經(jīng)反饋電阻Rf，并轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vo。這就是所說的霍爾元件的短路霍爾電流單端輸出方式?；魻栐?duì)磁場(chǎng)響應(yīng)的這種輸出方式具有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，它使霍爾元件對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度提高了一倍，其理論解釋如下述。

由于霍爾元件10的輸出電極14沒有電流輸出，在磁場(chǎng)作用下霍爾元件10內(nèi)部靠近輸出電極14的一側(cè)，即左側(cè)將出現(xiàn)霍爾電場(chǎng)。該霍爾電場(chǎng)所產(chǎn)生的漂移電流將正好抵消霍爾元件10內(nèi)部左側(cè)邊界附近的霍爾電流。這與霍爾元件通常的工作情形是相似的。又由于霍爾元件10的輸出電極12被強(qiáng)迫與它的另外一個(gè)輸出電極14處于等電位狀態(tài)，因此，霍爾元件10內(nèi)部靠近輸出電極12的一側(cè)，即右側(cè)將出現(xiàn)一個(gè)與上述左側(cè)的霍爾電場(chǎng)成鏡象的電場(chǎng)。此鏡象電場(chǎng)在霍爾元件10內(nèi)部右側(cè)邊界附近所產(chǎn)生的漂移電流與該處的霍爾電流大小相等，并且方向相同。從而使霍爾元件10的輸出電極12所輸出的信號(hào)電流增大一倍。

該電路的工作原理如下。在霍爾元件10具有理想對(duì)稱結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)不存在磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件10的輸出電極14處于正負(fù)電源電壓V+與V-之間的中點(diǎn)電位。該中點(diǎn)電位作為參考電壓加在運(yùn)算放大器OA的同相輸入端上。由于在理想情況下反饋電阻Rf上這時(shí)沒有電流流過，因此運(yùn)算放大器OA的輸出電壓Vo的“零點(diǎn)”就是正負(fù)電源電壓V+與V-之間的中點(diǎn)電位。當(dāng)存在磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件10從輸出電極12輸出的信號(hào)電流流過反饋電阻Rf，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓增量。