《传感器技术与应用》课件-6.3磁敏元件

传感器技术与应用6.3磁敏元件磁敏元件也是基于磁电转换原理,60年代西门子公司研制了第一个磁敏元件,68年索尼公司研制成磁敏二极管,目前磁敏元件应用广泛。磁敏传感器主要有：

霍尔式磁敏传感器；

磁敏电阻；

磁敏二极管；

磁敏三极管。磁敏元件载流导体置于磁场中，除了产生霍尔效应外，导体中载流子因受洛仑兹力作用要发生偏转，磁场使载流子运动方向的偏转使电流路径变化，起到了加大电阻的作用，磁场越强增大电阻的作用越强。

外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大的现象称磁阻效应。磁阻效应表达式为（1）磁阻效应6.3.1磁敏电阻

111长方形样品：霍尔电场作用FH,电阻变化很小。扁条状长形：霍尔电势

EH

很小电流磁场作用偏转厉害效应明显。圆盘样品：外加磁场时，电流以螺旋形路径指向外电极，路径增大电阻增加。在圆盘中任何地方都不会积累电荷也不会产生霍尔电场，磁阻效应明显。为了消除霍尔电场影响，获得大的磁阻效应,一般将磁敏电阻制成圆形或扁条长方形，并且磁敏元件需满足。磁阻元件的电阻率与几何尺寸有关6.3.1磁敏电阻L/b<1长方形Lb磁敏电阻与霍尔元件属同一类,都是磁电转换元件,本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力,只有与辅助材料(磁铁)并用才具有识别磁极的能力。（2）磁敏电阻的输出特性由于磁墨的磁场强度较弱，根据磁阻元件特性需要加偏置磁场，使磁敏电阻工作在线性区域。磁敏电阻电路符号RM6.3.1磁敏电阻无偏置磁场时只能检测磁场不能判别磁性。输出弱磁场时磁阻与磁场关系为：

R=R0（1+MB2）

R0——为零磁场内阻；

M——为零磁场系数；（2）磁敏电阻的输出特性6.3.1磁敏电阻外加偏置磁场时磁阻具有极性，相当在检测磁场外加了偏置磁场，工作点移到线性区，磁极性也作为电阻值变化表现出来，这时电阻值的变化为：

R=RB（1+MB）

RB——为加偏置磁场电阻（2）磁敏电阻的输出特性6.3.1磁敏电阻(3)磁敏电阻的应用这种传感器主要用于识别磁性墨水的图形和文字，在自动测量技术中检测微小磁信号，如录音机、录像机的磁带、磁盘；防伪纸币、票据、信用（磁）卡上用的磁性油墨等。可测磁性齿轮，磁性墨水，磁性条形码，磁带，识别有机磁性（自动售货机）。6.3.1磁敏电阻这种传感器主要用于识别磁性墨水的图形和文字，在自动测量技术中检测微小磁信号，如录音机、录像机的磁带、磁盘；防伪纸币、票据、信用（磁）卡上用的磁性油墨等。可测磁性齿轮，磁性墨水，磁性条形码，磁带，识别有机磁性（自动售货机）。(3)磁敏电阻的应用6.3.1磁敏电阻

器件特点：长“基区”P-I为掺杂区，本征区I长度较长构成高阻半导体；磁敏二极管在长“基区”的一侧面设置了复合区r，r面是个粗糙面，载流子复合速度非常高；r区对面是复合率很小的光滑面，载流子不易复合。（1）磁敏二极管（锗管2ACM，硅管2DCM）6.3.2磁敏晶体管在磁场作用下，磁敏二极管具有磁灵敏度。输出电压与外加磁场的关系叫磁敏二极管的磁—电特性，磁敏二极管具有正反磁灵敏度，这是磁阻元件欠缺的。另外，磁敏二极管正向磁灵敏度大于反向磁灵敏度，需互补使用。连接时需对臂相同、邻臂相反。（1）磁敏二极管ΔUBED1D2D3D4U0磁敏二极管电路符号6.3.2磁敏晶体管以锗管NPN型为例：磁敏三极管也是以长基区为特征，有两个PN结，发射极与基极之间的PN结由长基区二极管构成，有一个高复合区，集电极电流大小与磁场有关。（2）磁敏三极管磁敏三极管电路符号6.3.2磁敏晶体管加正向磁场载流子偏向高复合区，集电极电流Ic减小；加反向磁场载流子背向高复合区，集电极电流Ic增加；当基极电流一定，靠外加磁场可以改变集电极电流，这是与普通三极管不同之处；由于长基区大于扩散长度，所以发射极电流增益β＜1，但集电极电流有很高的磁灵敏度。（2）磁敏三极管6.3.2磁敏晶体管位移测量磁敏二极管组成电桥，磁铁处于磁敏元件之间，中间位置时输出电压U0=0；位移时两磁敏元件感受的磁场强度不同，RD1≠RD3，电桥失衡，输出与位移有关。位移方向相反输出极性变化，可判别位移大小和方向。（3）磁敏晶体管的应用6.3.2磁敏晶体管涡流流量计液体流动时，涡轮转动，流速与转速成正比，磁敏晶体管检测到磁性涡轮周期变化近似正弦波波形，频率与齿轮的转速成正比。（3）磁