《磁电式传感器》课件.ppt

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1、4.1 磁敏电阻传感器磁敏电阻传感器o磁阻效应：当一载流体置于磁场中，其电阻会随着磁阻效应：当一载流体置于磁场中，其电阻会随着磁阻效应：当一载流体置于磁场中，其电阻会随着磁阻效应：当一载流体置于磁场中，其电阻会随着磁场而变化磁场而变化磁场而变化磁场而变化o磁阻效应方程：磁阻效应方程：磁阻效应方程：磁阻效应方程：在只有电子参与导电的简单情况下在只有电子参与导电的简单情况下在只有电子参与导电的简单情况下在只有电子参与导电的简单情况下o磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且

2、受温度影响较大较大较大较大S S级级级级N N级级级级0.30.3 0.20.20.10.1 0 0 0.10.10.20.20.30.3R R/10001000500500B B/T/T温度（温度（温度（温度（）0 02020150150505040408080100100电阻（电阻（电阻（电阻（）1001006060半导体磁阻元件的温度特性不好。元件的半导体磁阻元件的温度特性不好。元件的电阻值在不大的温度变化范围内减小的很电阻值在不大的温度变化范围内减小的很快。因此，在应用时，一般都要设计温度快。因此，在应用时，一般都要设计温度补偿电路。补偿电路。4.2 磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管和

3、磁敏三极管o磁敏二极管、三极管是继霍尔元件和磁敏磁敏二极管、三极管是继霍尔元件和磁敏电阻之后发展起来的新型磁电转换元件，电阻之后发展起来的新型磁电转换元件，它们具有它们具有磁灵敏度高磁灵敏度高，能识别，能识别磁场的极性磁场的极性、体积小体积小、电路简单电路简单等特点，因而日益得到等特点，因而日益得到重视，并在检测、控制等方面得到应用重视，并在检测、控制等方面得到应用 4.2.1 磁敏二极管磁敏二极管+（a a）结构）结构）结构）结构 （b b）符号）符号）符号）符号P P+N N+I I区区区区r r区区区区P+-I结结N+-I结结4.2.1 磁敏二极管磁敏二极管o当磁敏二极管未受到外界当磁敏

4、二极管未受到外界当磁敏二极管未受到外界当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正向偏磁场作用时，外加正向偏磁场作用时，外加正向偏磁场作用时，外加正向偏压后，则有大量的空穴从压后，则有大量的空穴从压后，则有大量的空穴从压后，则有大量的空穴从P P+-I-I结结进入进入进入进入I I I I区，同时也有区，同时也有区，同时也有区，同时也有大量电子从大量电子从大量电子从大量电子从N N+-I-I结结进入进入进入进入I I I I区。区。区。区。进入进入进入进入I I I I区的空穴和电子大部区的空穴和电子大部区的空穴和电子大部区的空穴和电子大部分通过漂移和扩散运动到分通过漂移和扩散运动到分通过漂移和扩

5、散运动到分通过漂移和扩散运动到达对面的电极形成电流。达对面的电极形成电流。达对面的电极形成电流。达对面的电极形成电流。少部分由于热运动进入少部分由于热运动进入少部分由于热运动进入少部分由于热运动进入r r r r区区区区而复合而复合而复合而复合P P+N N+I I区区区区r r区区区区4.2.1 磁敏二极管的结构原理磁敏二极管的结构原理P P+N N+I I区区区区r r面面面面HH+P+-I结结N+-I结结4.2.1 磁敏二极管磁敏二极管的工作原理的工作原理P P+N N+I I区区区区r r面面面面HH-P+-I结结N+-I结结4.2.2 磁敏二极管的主要特性磁敏二极管的主要特性伏安特性

6、伏安特性4.2.1 磁敏二极管的主要特性磁敏二极管的主要特性磁电特性磁电特性4.2.1 磁敏二极管的主要特性磁敏二极管的主要特性T T/0 0202040400.20.20.40.40.60.60.80.81.01.0E=E=6V6VB B=0.1T=0.1T80806060-20-20-5-5-4-4-3-3-2-2-1-1I I U UI/mAU/V温度特性温度特性4.2.1 磁敏二极管的测量电路磁敏二极管的测量电路R Rm1m1E EU U0 0R Rm2m24.2.1 磁敏二极管的测量电路磁敏二极管的测量电路R Rm1m1R Rm2m2R Rm3m3R Rm4m4E EU U0 0E

7、ER Rm1m1R Rm2m2R RL LU U0 0R RL L4.2.2 磁敏三极管的结构原理磁敏三极管的结构原理o在弱在弱P型或弱型或弱N型本征半导体上用合金法或型本征半导体上用合金法或扩散法制成发射极、基极和集电极。扩散法制成发射极、基极和集电极。基区较基区较长长，有，有高复合速率的高复合速率的r区区和和本征本征I区区。长基区。长基区分为运输基区和复合基区分为运输基区和复合基区b bc ce ec cN N+e eHH-HH+b bI Ir rN N+P P+磁敏三极管的工作原理磁敏三极管的工作原理o当磁敏三极管末受当磁敏三极管末受当磁敏三极管末受当磁敏三极管末受磁场作用时，由于磁场作

8、用时，由于磁场作用时，由于磁场作用时，由于基区宽度大于载流基区宽度大于载流基区宽度大于载流基区宽度大于载流子有效扩散长度，子有效扩散长度，子有效扩散长度，子有效扩散长度，大部分载流子通过大部分载流子通过大部分载流子通过大部分载流子通过e-I-be-I-b形成基极电流，少数载流子输入到形成基极电流，少数载流子输入到形成基极电流，少数载流子输入到形成基极电流，少数载流子输入到c c极。极。极。极。因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使 1 1N N+N N+e eP P+x x

9、I Ir rb bc cy y磁敏三极管的工作原理磁敏三极管的工作原理o 当受到正向磁场当受到正向磁场当受到正向磁场当受到正向磁场(H+)(H+)作用时，由于磁场的作用时，由于磁场的作用时，由于磁场的作用时，由于磁场的 作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一 侧，导致集电极电流显著下降侧，导致集电极电流显著下降侧，导致集电极电流显著下降侧，导致集电极电流显著下降N N+N N+e eP P+x xr rb by yc cI I磁敏三极管的工作原理磁敏三极管的工作原理o当反向磁场当反向磁场当

10、反向磁场当反向磁场(H-)(H-)作用时，在作用时，在作用时，在作用时，在H-H-的作用下，载的作用下，载的作用下，载的作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电汲电流增大流子向集电极一侧偏转，使集电汲电流增大流子向集电极一侧偏转，使集电汲电流增大流子向集电极一侧偏转，使集电汲电流增大HH-y yN N+N N+e eP P+x xI Ir rb bc c4.2.2 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性o伏安特性伏安特性I Ib b=0=0I Ib b=5mA=5mA1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20 02 24 46 68 81010I Ic c/mA/mAI I

11、b b=4mA=4mAI Ib b=3mA=3mAI Ib b=2mA=2mAI Ib b=1mA=1mAU Ucece/V/VI Ib b=4mA,=4mA,B B=-1kG=-1kG1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20 02 24 46 68 81010I Ic c/mA/mAI Ib b=4mA,=4mA,B B=0=0I Ib b=4mA,=4mA,B B=1kG=1kG不受磁场作用时不受磁场作用时不受磁场作用时不受磁场作用时磁场为磁场为磁场为磁场为 1kGs1kGs基极为基极为基极为基极为3mA3mA4.2.2 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性-3

12、-2 -1 1 2 3 4 5-3 -2 -1 1 2 3 4 5B B/0.1T/0.1T I Ic c/mA/mA0.50.50.40.40.30.30.20.20.10.13BCM 磁敏三极管的磁电特性磁敏三极管的磁电特性 4.2.2 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性4.2.2 温度补偿温度补偿E EC CR R1 1AAmAmAV V1 1V VmmR Re eR R2 2对于硅磁敏三极管因对于硅磁敏三极管因其具有负温度系数，其具有负温度系数，可用正温度系数的可用正温度系数的普普通硅三极管通硅三极管来补偿因来补偿因温度而产生的集电极温度而产生的集电极电流的漂移电流的漂移4.2.

13、3 温度补偿温度补偿WWV VmmU U0 0E EC C锗磁敏二极管电流随温锗磁敏二极管电流随温度升高而增加的这一特度升高而增加的这一特性，使其作为硅磁敏三性，使其作为硅磁敏三极管的负载，从而当温极管的负载，从而当温度升高时，可补偿硅磁度升高时，可补偿硅磁敏三极管的负温度漂移敏三极管的负温度漂移系数所引起的电流下降系数所引起的电流下降4.2.3 温度补偿温度补偿U U0 0WW1 1R RL LV Vm1m1V Vm2m2E EC CWW2 2R RL LR Re e采用两只特性一致、磁极采用两只特性一致、磁极相反的磁敏三极管组成的相反的磁敏三极管组成的差动电路。这种电路既可差动电路。这种电

14、路既可以提高磁灵敏度，又能实以提高磁灵敏度，又能实现温度补偿，它是一种行现温度补偿，它是一种行之有效的温度补偿电路之有效的温度补偿电路磁敏二极管的应用磁敏二极管的应用5 5 放大器放大器放大器放大器显示显示显示显示仪表仪表仪表仪表4 42 23 31 15 5 放大器放大器放大器放大器显示显示显示显示仪表仪表仪表仪表4 42 23 31 11 1 裂缝；裂缝；2 2 磁敏管探头；磁敏管探头；3 3 铁芯；铁芯；4 4 激励线圈；激励线圈；5 5 被测棒材被测棒材小节o电磁式传感器结构与工作原理电磁式传感器结构与工作原理o霍尔元件霍尔元件n n霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应 磁阻效应磁阻效应磁阻效应磁阻效应n n霍尔元件的误差和补偿霍尔元件的误差和补偿霍尔元件的误差和补偿霍尔元件的误差和补偿o磁敏二极管和磁敏三极管结构原理磁敏二极管和磁敏三极管结构原理o2，6，7