新型传感器原理及应用 读书报告

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1、新型传感器读书报告1、磁传感器（一）霍尔传感器霍尔效应：当输入端加电流I，并在元件平面法线方向加磁感强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向上将产生一电UH，这个电势就是霍尔电势，这种现象就是霍尔效应。通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一

2、个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。锑化铟(InSb)和GaAs(砷化镓)霍尔元件输出特性见图（二）霍尔电路霍尔线性电路它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于下图：除上述各种霍尔器件外，目前还出现了许多特殊功能的霍尔电路，如功率霍尔电路，多

3、重双线霍尔传感器电路，二维、三维霍尔集成电路等待。（三）霍尔式传感器的应用霍尔转速表在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。2、磁敏二极管（一）磁敏二极管的工作原理1.磁敏二极管的结构磁敏二极管的P型和N型电极由高阻材料制成，在P、N之间有一个较长的本征区I。本征区I的一面磨成光滑的无复合表面（为I区），另一面打毛，设置成高复合区（

4、为r区），因为电子—空穴对易于在粗糙表面复合而消失。2.磁敏二极管的工作原理当磁敏二极管末受到外界磁场作用时，外加正向偏压后，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流。只有少量电子和空穴在I区复合掉。当磁敏二极管受到外界正向磁场作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面I区快，因此，形成的电流因复合速度而减小。当磁敏二极管受到外界反向磁场作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向I区偏移，由于电子和空穴复合率明显变小，因此，电流变

5、大。利用磁敏二极管在磁场强度的变化下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换。（二）磁敏二极管的应用(1)磁场测量。用磁敏二极管制成磁通计，可以测量小于10-6~10-7T的弱磁场，例如测量变压器漏磁分布、阴极射线管偏转磁场分布等等。磁敏二极管的出现使磁力探伤仪测量探头进入实用阶段，实现了导磁材料探伤自动化。用磁敏二极管还可制成磁电指向仪、磁力探矿仪和地磁测量仪。(2)电流检测。磁敏二极管可以用于钳形电流计来测量大电流，还可用于电动机过载保护装置，当电流超过额定值时，切断电源，防止线包烧毁。(3)位移检测。通

6、过磁铁和磁敏二极管的相对距离变化，使得加在磁敏二极管上的磁场强度发生变化从而测量位移。因此距离、转速、振动以及能转换成上述量的物理量均可用同样的方法无接触地检测。用磁敏二极管比用线圈可使整个测量系统简单、方便。3、磁敏三极管　磁敏三极管是在双注入长基区二极管的基础上制成的一种结型磁敏晶体管。(一)磁敏三极管的结构原理磁敏三极管分为锗磁敏三极管(如3BCM型)和硅磁敏三极管(如3CCM型)两种。它是在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射区、基区和集电区，和普通三极管一样也引出三个电极，用e、b

7、、c表示。下图为NPN型磁敏三极管的结构和符号像磁敏二极管一样，在长基区的一个侧面制成高复合区r。长基区分为运输基区和复合基区。复合区的体积比从发射极到集电极的运输区的体积大得多。当不受磁场作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，因而注入的载流子大部分通过e—i—b形成基极电流Ib，少部分载流子被传输到集电极c形成集电极电流Ic。因而形成了基极电流大于集电极电流的情况，使电流放大系数β=Ic/Ib<1，如图所示：当受到正向磁场B+作用时，由于磁场力的作用，载流子偏向高复合区r一侧，增大了载流子的复合速

8、率，使集电极电流Ic减小，如图(b)所示。当反向磁场B-作用时，在磁场力的作用下，载流子向集电极c一侧偏转，载流子的复合速率减小，使集电极电流Ic增大，如图(c)所示。由上述分析可知，磁敏三极管的集电极电流Ic随着外界磁场的变化而变化，具有较高的磁灵敏度。(二)　主要特性(1)磁电特性。磁敏三极管的磁电特性是其应用的基础，在弱磁场作用下接近于一条直线，即集电极电流的变化随磁感应强度近似为线性关系。(2)伏安特性。磁敏三极管的伏