第九章 磁敏传感器(讲).ppt

* 霍耳磁敏传感器被放在待测磁场中，器件的控制电流由电池E供给，调节电位器W来控制电流保持不变，这时的霍耳输出就反映了磁场的大小。霍耳输出用电流表或电位差计指示。控制电流可藉直流电或交流电获得。用交流时，对于恒定磁场的霍耳输出亦为交流并便于放大同时温差电势的影响亦可略去不计。 倘使磁场方向不知道，用霍耳器件测量也很方便。若霍耳器件平面的垂线与磁场的方向线成角斜交，则器件的霍耳电势应为： * （1）磁敏二极管的结构 这种二级管的结构是P+—i—N+型。在本征导电的高纯度锗两端，用合金法制成P区和N区，并在本征区—i区的一个侧面上，设置高复合区（r区），而与r区相对的另一侧面，保持为光滑无复合表面。这就构成了磁敏二极管的管芯，其结构如图2.6-27所示。 * （1）磁敏二极管的结构 这种二级管的结构是P+—i—N+型。在本征导电的高纯度锗两端，用合金法制成P区和N区，并在本征区—i区的一个侧面上，设置高复合区（r区），而与r区相对的另一侧面，保持为光滑无复合表面。这就构成了磁敏二极管的管芯，其结构如图2.6-27所示。 * 由图可见；单个使用时，正向磁灵敏度大于反向磁灵敏度；互补使用时，正向特性曲线与反向特性曲线基本对称。磁场强度增加时，曲线有饱和趋势；但在弱磁场下，曲线有较好的线性。 * （2）磁敏三极管的工作原理 当不受磁场作用如图2.6-34(a)时，由于磁敏三极管的基区宽度大于载流子有效扩散长度，因而注入的载流子除少部分输人到集电极c外，大部分通过e—i—b而形成基极电流。显而易见，基极电流大于集电极电流。所以，电流放大系数=I0／Ib＜1。当受到H＋磁场作用如图2.6-34（b）时，由于洛仑兹力作用，载流子向发射结一侧偏转，从而使集电极电流明显下降。 当受磁场使用如图2.6-34(c)时，载流子在洛仑兹力作用下，向集电结一侧偏转，使集电极电流增大。 * AAA 由图2.6-35可见，磁敏三极管的基极电流Ib和电流放大系数均具有磁灵敏度，并且磁敏三极管电流放大系数总小于1。 * P N P N P N H=0 H+ H- → → → ← ← ← 电流 电流 电流 （a） （b） （c） 磁敏二极管的工作原理示意图 （2）磁敏二极管的工作原理 i i i 电子 空穴 复合区 * P N P N P N H=0 H+ H- → → → ← ← ← 电流 电流 电流 （a） （b） （c） 磁敏二极管的工作原理示意图 流过二极管的电流也在变化，也就是说二极管等效电阻随着磁场的不同而不同。 （2）磁敏二极管的工作原理 当磁敏二极管的P区接电源正极，N区接电源负极即外加正偏压时，随着磁敏二极管所受磁场的变化， i i i 电子 空穴 复合区 * 结论：随着磁场大小和方向的变化，可产生输出电流（电压）的变化、特别是在较弱的磁场作用下，可获得较大输出电压。若r区和r区之外的复合能力之差越大，那么磁敏二极管的灵敏度就越高。 磁敏二极管反向偏置时，则在 r区仅流过很微小的电流，显得几乎与磁场无关。因而流过二极管的电流（端电压）不会因受到磁场作用而有任何改变。 * 2．磁敏二极管的主要特征 （1）伏安特性 在给定磁场情况下，磁敏二极管两端 正向偏压和通过它的电流的关系曲线。 -0.2 2 1 3 5 7 9 U/V I/mA 0 0.2T 0.15T 0.1T 0.05T -0.05T （a） 5 3 1 I/mA 4 6 8 10 U/V -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 （b） 5 3 1 I/mA 4 8 12 16 U/V -0.1 0 0.1 0.4 0.3 0.2 -0.3 （c） 磁敏二极管伏安特性曲线 （a）锗磁敏二极管（b）、（c）硅二极管 -0.1T -0.15T -0.2T 0 0 0 * 由图可见硅磁敏二极管的伏安特性有两种形式。一种如图（b）所示，开始在较大偏压范围内，电流变化比较平坦，随外加偏压的增加，电流逐渐增加；此后，伏安特性曲线上升很快，表现出其动态电阻比较小。另一种如图2.6-29(c)所示。硅磁敏二极管的伏安特性曲线上有负阻现象，即电流急增的同时，有偏压突然跌落的现象。 产生负阻现象的原因是高阻硅的热平衡载流子较少，且注入的载流子未填满复合中心之前，不会产生较大的电流，当填满复合中心之后，电流才开始急增之故。 * （2）磁电特性 在给定条件下，磁敏二极管的输出电压变化量与外加磁场间的变化关系，叫做磁敏二极管的磁电特性。 磁敏二极管的磁电特性曲线 （a）单个使用时（b）互补使