《磁电式传感器》PPT课件.ppt

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1、第二节磁敏电阻器是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件，也称MR元件。它的理论基础为磁阻效应。（一）磁阻效应若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就增加。称此种现象为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。在磁场中，电流的流动路径会因磁场的作用而加长，使得材料的电阻率增加。若某种金属或半导体材料的两种载流子(电子和空穴)的迁移率十分悬殊，主要由迁移率较大的一种载流子引起电阻率变化,它可表示为：Ｂ——为磁感应强度；ρ——材料在磁感应强度为Ｂ时的电阻率；ρ0——材料在磁感应强度为0时的电阻率；μ——载流子的迁移率。当材料中仅存在一种载流子时磁阻效应几乎可以忽略，此

2、时霍耳效应更为强烈。若在电子和空穴都存在的材料（如InSb）中，则磁阻效应很强。磁阻效应还与样品的形状、尺寸密切相关。这种与样品形状、尺寸有关的磁阻效应称为磁阻效应的几何磁阻效应。长方形磁阻器件只有在L(长度)W长方形磁阻材料上面制作许多平行等间距的金属条（即短路栅格），以短路霍耳电势，这种栅格磁阻器件如图8-7（b）所示，就相当于许多扁条状磁阻串联。所以栅格磁阻器件既增加了零磁场电阻值、又提高了磁LW

3、BB图8-7几何磁阻效应II（a（b阻器件的灵敏度。常用的磁阻元件有半导体磁阻元件和强磁磁阻元件。其内部有制作成半桥或全桥等多种形式。1灵敏度特性磁阻元件的灵敏度特性是用在一定磁场强度下的电阻变化率来表示，即磁场——电阻特性的斜率。常用K表示，单位为mV/mA.kG即Ω.Kg。在运算时常用RB/R0求得，R0表示无磁场情况下，磁阻元件的电阻值，RB为在施加0.3T磁感应强度时磁阻元件表现出来的电阻值，这种情况下，一般磁阻元件的灵敏度大于2.7。（二）磁阻元件的主要特性2磁场—电阻特性图8-8磁阻元件磁场—电阻特性N级0.30.20.100.10.20.3R/Ω1000500S级(a)S、N

4、级之间电阻特性B/T15RBR0105温度(25℃)弱磁场下呈平方特性变化强场下呈直线特性变化0(b)电阻变化率特性0.20.40.60.81.01.21.4B/T磁阻元件的电阻值与磁场的极性无关，它只随磁场强度的增加而增加在0.1T以下的弱磁场中，曲线呈现平方特性，而超过0.1T后呈现线性变化图8-9强磁磁阻元件电阻-磁场特性曲线输出电压V磁饱和点B=Bs0(b)磁场—输出特性H图8-9显示的是强磁磁阻元件的磁场——电阻特性曲线。从图中可以看出它与图8-8（a）曲线相反，即随着磁场的增加，电阻值减少。并且在磁通密度达数十到数百高斯即饱和。一般电阻变化为百分之几。3电阻——温度特性图8-1

5、0是一般半导体磁阻元件的电阻——温度特性曲线，从图中可以看出，半导体磁阻元件10384210242106-4002060100温度/℃电阻变化率%图8-10半导体元件电阻-温度特性曲线的温度特性不好。图中的电阻值在35℃的变化范围内减小了1/2。因此，在应用时，一般都要设计温度补偿电路。图8-11是强磁磁阻元件的电阻——温度特性曲线，图中给出了采用恒流、恒压供电方式时的温度特性。13010050电阻变化率%-30BX10-4/T电阻+3500ppm/℃0输出(恒流工作)-500ppm/℃输出(恒压工作)-300ppm/℃图8-11强磁阻元件电阻-磁场特性曲线可以看出，采用恒压供电时，可以获

6、得–500ppm/℃的良好温度特性，而采用恒流供电时却高达3500ppm/℃。但是由于强磁磁阻元件为开关方式工作，因此常用恒压方式。60（三）磁敏电阻的应用磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏接近开关、角速度/角位移传感器、磁场传感器等。可用于开关电源、UPS、变频器、伺服马达驱动器、家庭网络智能化管理、电度表、电子仪器仪表、工业自动化、智能机器人、电梯、智能住宅、机床、工业设备、断路器、防爆电机保护器、家用电器、电子产品、电力自动化、医疗设备、机床、远程抄表、仪器、自动测量、地磁场的测量、探矿等。第三节磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管、三极管是继霍尔元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁

7、电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。一．磁敏二极管的结构与工作原理1、磁敏二极管的结构有硅磁敏二级管和锗磁敏二级管两种。与普通二极管区别：普通二极管PN结的基区很短，以避免载流子在基区里复合，磁敏二级管的PN结却有很长的基区，大于载流子的扩散长度，但基区是由接近本征半导体的高阻材料构成的。一般