CN106291412A - 一种霍尔电路及其信号输出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种霍尔电路及其信号输出方法，由一个霍尔元件和控制与转换电路，霍尔元件的偏置电路，以及共模电位补偿电路构成，控制与转换电路控制霍尔元件的两个输出电极处于等电位状态，且霍尔元件对磁场的响应以电流信号的形式馈至转换电路并转换为电路的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种霍尔电路及其信号输出方法。
现有技术
霍尔元件与霍尔电路作为磁场测量的一种工具，在电力电子技术与传感器电子学等领域有着广泛的需要。它可用于各种情形的磁场测量。在现有技术中，霍尔元件对磁场的响应大都以差动霍尔电压信号的形式输出，然后再经由与霍尔元件相连接的后级电路放大和变换。
发明内容
本发明的目的在于揭示霍尔元件的一种新颖的工作方式，即短路霍尔电流单端输出方式，以及实现和利用这种工作方式的电路原理与设计技术。
本发明公开了一种霍尔电路，由一个霍尔元件和控制与转换电路，霍尔元件的偏置电路，以及共模电位补偿电路构成。控制与转换电路是由一个高增益差动放大器或运算放大器构成的负反馈电路。放大器的同相输入端与反相输入端分别与霍尔元件的两个输出电极连接，一个用于增益控制的反馈电阻连接在所述的放大器的输出端与反相输入端之间。偏置电路包括两个电阻，一个电阻连接在正电源线与霍尔元件的一个输入电极之间，另一个电阻连接在负电源线与霍尔元件的另一个输入电极之间，且两个电阻的电阻值相等。偏置电路包括一个电阻和一个电流源，电阻连接在正负电源线之一与霍尔元件的一个输入电极之间，电流源连接在另一电源线与霍尔元件的另一个输入电极之间，该电流源是一个与绝对温度成正比的电流源。
本发明公开的霍尔电路的信号输出方法，控制与转换电路将霍尔元件的两个输出电极保持等电位状态，且霍尔元件对磁场的响应以电流信号的形式反馈给转换电路并转换为电路的输出电压。
上述的霍尔元件对磁场响应的输出方法还具有另外一个突出的优点，即其后级放大电路十分简单，仅用一个运算放大器和一个电阻。
本发明的再一个优点是由于电路简单，易于实现各种方式的集成化，例如单片集成，混合集成，以及采用表面安装元件的模式集成等。并且，集成后电路引出端子少，可以仅有三个引出端，即正负电源端以及输出端，而且，只要增加第四个引出端，就可以从电路外部实现增益控制与输出调零。
附图说明
图1.本发明的基本电路。
具体实施方式
图1示出了本发明的基本电路，它包含一个霍尔元件10，一个运算放大器OA和一个电阻Rf。霍尔元件10的两个输出电极12、14与运算放大器OA的反相输入端和同相输入端分别连接。电阻Rf连接在运算放大器OA的输出端15与反相输入端之间。由于电阻Rf提供的负反馈作用，霍尔元件10的两个输出电极12与14在理想情况下将被强迫处于等电位状态，即“短路”状态。因此，当霍尔元件10的两个输入电极11与13之间有工作偏置电流通过，并且有磁场存在时，霍尔元件10对磁场的响应将以短路霍尔电流的形式输出。在理论上，霍尔元件的短路霍尔电流在差动输出情况下，其对磁场的归一化灵敏度与霍尔元件的开路霍尔电压对磁场的归一化灵敏度是相等的。但是，在图1所示的情形下，由于运算放大器在理想情况下具有趋于无穷大的输入阻抗，其输入端电流为零，因而霍尔元件10对磁场响应所产生的短路霍尔电流不能从它的输出电极14输出，而只能从它的输出电极12输出后流经反馈电阻Rf，并转换为输出电压Vo。这就是所说的霍尔元件的短路霍尔电流单端输出方式。霍尔元件对磁场响应的这种输出方式具有一个重要的优点，它使霍尔元件对磁场的灵敏度提高了一倍，其理论解释如下述。
由于霍尔元件10的输出电极14没有电流输出，在磁场作用下霍尔元件10内部靠近输出电极14的一侧，即左侧将出现霍尔电场。该霍尔电场所产生的漂移电流将正好抵消霍尔元件10内部左侧边界附近的霍尔电流。这与霍尔元件通常的工作情形是相似的。又由于霍尔元件10的输出电极12被强迫与它的另外一个输出电极14处于等电位状态，因此，霍尔元件10内部靠近输出电极12的一侧，即右侧将出现一个与上述左侧的霍尔电场成镜象的电场。此镜象电场在霍尔元件10内部右侧边界附近所产生的漂移电流与该处的霍尔电流大小相等，并且方向相同。从而使霍尔元件10的输出电极12所输出的信号电流增大一倍。
该电路的工作原理如下。在霍尔元件10具有理想对称结构的情况下，当不存在磁场时，霍尔元件10的输出电极14处于正负电源电压V+与V-之间的中点电位。该中点电位作为参考电压加在运算放大器OA的同相输入端上。由于在理想情况下反馈电阻Rf上这时没有电流流过，因此运算放大器OA的输出电压Vo的“零点”就是正负电源电压V+与V-之间的中点电位。当存在磁场时，霍尔元件10从输出电极12输出的信号电流流过反馈电阻Rf，产生相应的输出电压增量。
Claims (5)
1.一种霍尔电路，由一个霍尔元件和控制与转换电路，霍尔元件的偏置电路，以及共模电位补偿电路构成。
2.根据权利要求1，所述的控制与转换电路是由一个高增益差动放大器或运算放大器构成的负反馈电路，其特征在于，所述的放大器的同相输入端与反相输入端分别与霍尔元件的两个输出电极连接，一个用于增益控制的反馈电阻连接在所述的放大器的输出端与反相输入端之间。
3.根据权利要求1，所述的偏置电路包括两个电阻，其特征在于，一个电阻连接在正电源线与霍尔元件的一个输入电极之间，另一个电阻连接在负电源线与霍尔元件的另一个输入电极之间，且两个电阻的电阻值相等。
4.根据权利要求1，所述的偏置电路包括一个电阻和一个电流源，电阻连接在正负电源线之一与霍尔元件的一个输入电极之间，电流源连接在另一电源线与霍尔元件的另一个输入电极之间，其特征在于，该电流源是一个与绝对温度成正比的电流源。
5.如权利要求1所述霍尔电路的信号输出方法，其特征在于：控制与转换电路将霍尔元件的两个输出电极保持等电位状态，且霍尔元件对磁场的响应以电流信号的形式反馈给转换电路并转换为电路的输出电压。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510276376.XA CN106291412A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种霍尔电路及其信号输出方法 |
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| CN201510276376.XA CN106291412A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种霍尔电路及其信号输出方法 |
Publications (1)
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| CN106291412A true CN106291412A (zh) | 2017-01-04 |
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| CN201510276376.XA Pending CN106291412A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种霍尔电路及其信号输出方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN106291412A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110277487A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 艾普凌科有限公司 | 半导体装置以及其调整方法 |
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2015
- 2015-05-26 CN CN201510276376.XA patent/CN106291412A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170104 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |