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Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(6)

时间:2017-03-18 15:59来源:毕业论文
霍尔传感器的工作电流通常为几或十几毫安。通过比较,选用了LM334Z实现传感器的恒流源输入。LM334Z是一种3端可调精密集成恒流源,输出电流的大小可以


霍尔传感器的工作电流通常为几或十几毫安。通过比较,选用了LM334Z实现传感器的恒流源输入。LM334Z是一种3端可调精密集成恒流源,输出电流的大小可以由外部电阻调节。集成恒流源是目前性能最优良的可调式精密恒流源。但半导体材料对温度变化比较敏感,因此通过一个二极管和一个电阻对其进行温度补偿,消除温度对其输出的影响。接法如图 4.3所示:
 
图 4.3 恒流源设计原理图
恒流源输出的电流ISET由I1、I2和IBIAS组成, ,其中, , 。
根据给定的温度对电压漂移的影响系数为227 ,二极管的温度系数为25 。通过提高5.9%的VR的值使得IBIAS包含在I1中,则
得: ,即当 时,温度的影响可以忽略。
     (4.3)
解得: 。因此,可以通过选择R1的阻值来控制恒流源的输出[ ]。
考虑到选择的霍尔元件控制电流和LM334Z能够提供的电流范围,设计控制电流为10mA,既保证LM334Z能够很好的提供,又能使得霍尔元件有较大的电压输出。简单计算可知,R1采用15Ω的电阻,R2采用150Ω的电阻,则ISET理论值为8.93mA。
表 4.1是实际搭建恒流源电路,不同负载时电流输出情况。由于选用的霍尔元件阻值大致为500~900Ω,所以实验过程中主要观察负载为1kΩ以内的恒流源输出情况。另外LM334Z工作电压应大于10V(输出电流按10mA,霍尔元件电阻按1kΩ计算),所以采用12V供电。若负载大于1kΩ,则不能保证恒流源始终输出固定电流值。
表 4.1实验测定恒流源的输出电流
恒流源负载电阻(Ω)    负载电阻两端电压(V)    实际通过负载的电流(mA)
1000    9.922    9.922
470    4.727    10.057
238    2.348    9.866
如图 4.4所示,接入霍尔元件(霍尔元件相当于一个电桥),测得霍尔元件2,4引脚两端电压为6.802V,说明此时霍尔元件相当于一个600多Ω的电阻。
 
图 4.4霍尔元件简单测试电路
4.1.2    调零电路设计
此调零电路主要用来补偿霍尔元件的不等位电势。由于分析不等位电势时,可把霍尔元件等效为一个电桥。因此所有能使电桥达到平衡的方法都可用来补偿不等位电势[11]。电桥四个电阻阻值不同,则输出电压不为零(即不等位电势),仿真结果如图 4.5(a)所示,实验结果如图 4.5(b)所示。
图 4.5霍尔元件零磁场输出
由于霍尔元件的控制电流为直流,只需进行幅度补偿,故本文采用了较为简单有效的方法──在相邻桥臂并联一个电位器,通过调节电位器来使相对桥臂阻值的乘积相等,从而实现电桥的平衡,仿真与实际电路分别如图 4.6 (a)和(b)所示。
图 4.6 调零后霍尔元件的输出
4.1.3    信号调理电路设计
霍尔元件的输出电压信号较为微弱,仅为毫伏数量级,因此有必要用测量放大器对其进行放大。测量放大器广泛的用于各种测量、控制系统中,经历了分离元件、集成运算放大器组合和单片集成几个阶段。目前集成运放组合式和单片集成式由于其性能优越,组合灵活而成为测量放大器的主要构成形式。
霍尔元件的输出电压是一个差分信号。本文在最初设计时考虑采用LM358构建仪用放大器进行差分放大,但是由于实验时LM358存在不能精确地调节放大倍数,电阻匹配等问题突出,而且在调节电位器时,放大电路输出电压始终较大。因此,最后综合考虑采用高精度仪用放大器AD620进行电压信号的放大输出。
AD公司生产单片集成放大器AD620,其本质上就是运算放大器组合式差分放大器的集成。该放大器为低成本、低功耗集成仪用放大器,是一个典型的三运放同相并联差动放大器的集成,仅需外接一个电阻即可设定放大器的增益,且增益调节范围为1~1000,符合多种应用场合的要求,尤其是在精密数据采集系统中获得广泛应用[17]。 Multisim霍尔式磁传感器设计仿真+电路图(6):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_4211.html
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