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1、§3磁敏传感器本节主要包括两部分：磁敏二极管和磁敏三极管；磁阻元件；一、磁敏二极管的结构与工作原理1.结构与原理电路符号:结构:中间为I区(高纯度锗)P区N区r区(高复合区,可复合空穴和电子)_原理:①设无外加磁场:很少空穴和电子复合,有稳定电流②外加正磁场,载流子都受到洛仑兹力运动偏向r区,电流减小③外加反向磁场,仍受洛仑兹力,在I区载流子数量增多,电流增大结论:载流子的偏移与洛仑兹力有关,洛仑兹力与电场和磁场的乘积成正比.随着磁场大小方向的变化,可以产生输出正负电压的变化.(若磁敏二极管反向偏置,仅有微弱电流.)2.磁敏二极管的重要特性①伏安特性:
2、a.给定磁场下，锗磁敏二极管两端正向偏压和通过它的电流关系曲线b.开始电流变化平坦，而后伏安特性曲线上升快，动态电阻阻值小c.具负阻现象（硅管）②磁电特性③温度特性④频率特性硅管响应t<1us频率1MHz锗管响应t<1us频率10KHz⑤磁灵敏度a.恒流条件下,电压相对磁灵敏度hu:U0——磁感应强度为零时，磁敏二极管两端电压UB——磁感应强度为B时，磁敏二极管两端电压b.恒压条件下,电流相对磁灵敏度hi：I0——给定偏压下，磁场为零时通过磁敏二极管的电流IB——给定偏压下，磁场为B时通过磁敏二极管的电流c.给定电压﹑电流和负载R,电压磁灵敏度和电流磁
3、灵敏度U0、I0——磁场为零时，磁敏二极管两端流过的电压和电流UB、IB——磁场为B时，磁敏二极管两端流过的电压和电流3.温度补偿及提高灵敏度的措施①互补式电路温度特性曲线②差分式电路③全桥式电路要求:灵敏度高用交流电源或脉冲电压源二.磁敏三极管的工作原理和主要特性1.结构和原理电路符号:结构:工作原理:a.无磁场:集电极电流小,基极电流大b.加正向磁场洛仑兹力,基极电流加大,集电极电流更小c.加反向磁场洛仑兹力,集电极电流加大2.磁敏三极管主要特性①伏安特性②磁电特性(较弱磁场时,Ic与B是线形关系)③温度特性3ACM3BCM磁灵敏度的温度系数为０.
4、８％∕℃3CCM磁灵敏度的温度系数为-0.6%∕℃温度系数④频率特性磁场交变:3BCM响应t2us截止频率500KHz3CCM响应t4us截止频率2.5MHz静态集电极电流,温度系数CTI磁灵敏度h±,温度系数CTh±∞⑤磁灵敏度(正向﹑反向)h+:受正向磁场作用磁灵敏度IcB+:受正向磁场作用集电极电流h-:受反向磁场作用磁灵敏度IcB-:受反向磁场作用集电极电流I∞：不受磁场作用，给定基流下的集电极电流⑥工作电压3V~几十V3.温度补偿及提高灵敏度的措施①负温度系数管用正温度系数普通硅三极管②正温度系数管(3BCM)③选择特性一致,磁性相反差分式补
5、偿电路三﹑磁敏管的应用漏磁探伤仪的原理如图：a.钢棒被磁化局部表面时，若无缺陷，探头附近没有泄漏磁通，无信息输出b.缺陷处的泄漏磁通将作用于探头上，使其产生输出信号探伤仪探头结构和原理框图如下：管道技术公司生产的高清晰度管道漏磁检测设备适于陆上与海底油、气管道的检测。与国际同类高清晰度漏磁检测器相比具有：结构简单、分辨率高、数据可靠、运行安全等特点。高清晰度管道漏磁检测设备油管抽油杆检测仪四﹑常用磁敏管参数的型号﹑参数五、磁阻元件（一）磁阻效应将一载流导体置于外磁场中，其电阻会随磁场而变化，这种现象称磁电阻效应，简称磁阻效应。B磁感应强度u电子迁移率零
6、磁场下的电阻率磁感应强度为B时的电阻率（二）形状效应形状效应系数磁敏元件的长度b磁敏元件的宽度△这种由于磁敏元件的几何尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象，叫形状效应。磁阻元件是利用半导体的磁阻效应和形状效应研制而成。(1)长方形磁阻元件其长度L大于宽度b，在两端部制成电极，构成两端器件在电场和磁场相互垂直得固体中电子的运动(2)科尔宾元件在园盘形元件得外圆周边和中心处，装上电流电极，将具有这种结构的磁阻元件称为科尔宾元件。(3)平面电极元件为了加大磁阻效应就要使电阻变大。从原理上讲，如果把L/b比值小的元件多个串连，就能解决问题，尽管这样的结构较好，但
7、是制作困难，不能实用。以研磨或镀膜的办法制成InSb（锑化铟）薄膜，尽管真空镀膜阻值会增加，但是生产效率高，价格低廉平面电极元件的结构(4)InSb－NiSb共晶磁阻元件在InSb的晶体中掺杂NiSb，在结晶过程中会析出沿着一定方向排列得细长的NiSb针状晶体。针状晶体导电性能良好，其直径为1μm，长度为100μm，相当于几何形状效应。它是几何形状长宽比L/b＝0.2的扁条状磁阻元件的串连元件。未掺杂的InSb－NiSb磁阻元件叫D型，掺杂的InSb－NiSb磁阻元件叫L、N型掺杂磁阻元件灵敏度下降，但从温度关系曲线上将会发现，其温度特性得到了改善。三
8、种元件的磁阻效应特性（5）曲折形磁阻元件（a）所示的单个曲折形结构（b）是用两个曲折元件组成一
