半导体磁敏传感器.ppt

《半导体磁敏传感器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体磁敏传感器.ppt（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第九章半导体磁敏传感器半导体磁敏传感器在各种传感器中，磁敏传感器是使用得较早的一种，指南针便是最古老的磁敏传感器。电流通过线圈时，在线圈周围产生磁场，若线圈中的磁通量发生变化，则线圈产生感应电动势，这就是磁电感应现象。因此线圈是将磁量变成电量的最简单的磁电转换元件。如果将磁场加到半导体等材料上，材料的电性质就发生变化，这就是磁电效应。凡是利用磁电效应构成的传感器称为磁电式传感器或磁敏传感器。半导体磁敏传感器是半导体传感器的一种，如霍尔元件、磁阻元件、磁抗元件、磁敏二极管和磁敏三极管。9-1霍尔元件霍尔元件原理原理 霍霍尔尔式式传传感感器器是是利利用用霍霍尔尔效效应应使使位位移移带带动动霍霍尔尔

2、元元件件在在磁磁场场中中运运动动产产生生霍霍尔尔电电势势，即即把把位位移移信信号号转转换换成成电电势势变变化化信信号号的传感器。的传感器。优缺点：优缺点：优点：优点：结构简单，体积小，坚固结构简单，体积小，坚固频率响应宽，动态范围大频率响应宽，动态范围大无触点无触点，使用寿命长，可靠性高，使用寿命长，可靠性高易于微型化和集成电路化易于微型化和集成电路化缺点：缺点：转转换换率率较较低低，温温度度影影响响大大，要要求求转转换换精精度较高时，必须进行温度补偿。度较高时，必须进行温度补偿。一、霍尔元件一、霍尔元件 霍霍尔尔元元件件：直直角角平平行行六六面面体体的的单单晶晶半半导导体体薄片薄片材材料料：

3、锗锗(Ge)、硅硅(Si)、砷砷化化铟铟(InSb)等等半导体材料。半导体材料。霍霍尔尔元元件件组组成成：半半导导体体薄薄片片和和两两对对电电极极组组成成输入引线输入引线输入引线输入引线a a、b b：激励电极：激励电极：激励电极：激励电极输出引线输出引线输出引线输出引线c c、d d：霍尔电极：霍尔电极：霍尔电极：霍尔电极 霍尔元件的符号和基本电路霍尔元件的符号和基本电路二、霍尔效应二、霍尔效应 当当输输入入端端加加电电流流I，并并在在元元件件平平面面法法线线方方向向加加磁磁感感强强度度为为B的的磁磁场场，那那么么在在垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场方方向向上上将将产产生生一一电电势势UH，

4、这这个个电电势势就就是是霍霍尔尔电电势势，这这种种现现象象就是就是霍尔效应霍尔效应。霍尔效应的原因霍尔效应的原因:任任何何带带电电质质点点在在磁磁场场中中沿沿着着和和磁磁力力线线垂垂直直方向运动时，会受到方向运动时，会受到磁场力磁场力 如果如果如果如果v v和和和和B B之间有夹角，那么要乘上之间有夹角，那么要乘上之间有夹角，那么要乘上之间有夹角，那么要乘上sinsin ，用向量表示即为用向量表示即为用向量表示即为用向量表示即为 F Fl l的方向用右螺旋决定，指向由的方向用右螺旋决定，指向由的方向用右螺旋决定，指向由的方向用右螺旋决定，指向由v v经小于经小于经小于经小于1801800 0的

5、角转向的角转向的角转向的角转向B B，这个，这个，这个，这个F Fl l就是洛仑兹力，对于就是洛仑兹力，对于就是洛仑兹力，对于就是洛仑兹力，对于正电荷正电荷正电荷正电荷F Fl l在在在在v v B B的方向上，的方向上，的方向上，的方向上，至于负电荷，则所至于负电荷，则所至于负电荷，则所至于负电荷，则所受的力的方向正好相反。受的力的方向正好相反。受的力的方向正好相反。受的力的方向正好相反。霍尔电势方向判别：霍尔电势方向判别：P P型材料：型材料：型材料：型材料：N N型材料：型材料：型材料：型材料：左手定则：左手定则：左手定则：左手定则：四指四指四指四指指向电流指向电流指向电流指向电流 B

6、B 穿过手心穿过手心穿过手心穿过手心 大拇指大拇指大拇指大拇指指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向指向的是力的方向霍尔电势：霍尔电势：三、霍尔系数及灵敏度三、霍尔系数及灵敏度 1.霍尔系数：霍尔系数：霍霍霍霍尔尔尔尔系系系系数数数数取取取取决决决决于于于于载载载载流流流流子子子子材材材材料料料料的的的的物物物物理理理理性性性性质质质质，反映了材料的霍尔效应的强弱。，反映了材料的霍尔效应的强弱。，反映了材料的霍尔效应的强弱。，反映了材料的霍尔效应的强弱。n n 、R RHH ，故金属导体不适于制作，故金属导体不适于制作，故金属导体不适于制作，故金属导体不适于制作霍尔元件，而半导体材料

7、迁移率（尤其是霍尔元件，而半导体材料迁移率（尤其是霍尔元件，而半导体材料迁移率（尤其是霍尔元件，而半导体材料迁移率（尤其是N N型半导体）大，故型半导体）大，故型半导体）大，故型半导体）大，故R RHH 。n n 自由电子密度自由电子密度自由电子密度自由电子密度q q 带电粒子的电量带电粒子的电量带电粒子的电量带电粒子的电量灵敏度和霍尔电势灵敏度和霍尔电势2.灵敏度：灵敏度：S SHH表表表表示示示示单单单单位位位位电电电电流流流流、单单单单位位位位磁磁磁磁场场场场作作作作用用用用下下下下，开开开开路路路路的霍尔电势输出值。的霍尔电势输出值。的霍尔电势输出值。的霍尔电势输出值。S SHH与与与

8、与元元元元件件件件的的的的厚厚厚厚度度度度成成成成反反反反比比比比，d d 、S SHH ，但但但但考考考考虑虑虑虑提提提提高高高高灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度的的的的同同同同时时时时，必必必必须须须须兼兼兼兼顾顾顾顾元元元元件件件件的的的的强强强强度度度度和和和和内内内内阻。阻。阻。阻。d d r r内阻内阻内阻内阻 3.霍尔电势：霍尔电势：四、霍尔元件的误差及其补偿四、霍尔元件的误差及其补偿 由由于于制制造造工工艺艺问问题题以以及及实实际际使使用用时时所所存存在在的的各各种种影影响响霍霍尔尔元元件件性性能能的的因因素素，如如元元件件安安装装不不合合理理、环环境境温温度度变变化化等等，都都会会影

9、影响响霍霍尔尔元元件件的的转转换换精精度度，带带来来误误差。差。（一）、霍尔元件的零位误差及其补（一）、霍尔元件的零位误差及其补偿偿 霍霍尔尔元元件件的的零零位位误误差差包包括括不不等等位位电电动势、寄生直流电动势动势、寄生直流电动势等。等。1.不等位电动势不等位电动势U0及其补偿及其补偿 当当霍霍尔尔元元件件在在额额定定控控制制电电流流作作用用下下，不不加加外外磁磁场场时时，霍霍尔尔输输出出端端之之间间的的空空载载电动势，称为电动势，称为不等位电动势不等位电动势U0。U0产生的原因：产生的原因：(1)制制造造工工艺艺不不可可能能保保证证将将两两个个霍霍尔尔电电极极对对称称地地焊焊在在霍霍尔尔

10、片片的的两两侧侧，致致使使两两电电极极点点不不能能完完全全位位于于同同一一等等位位面面上上，如如图图5-8a所示。所示。(2)霍霍尔尔片片电电阻阻率率不不均均匀匀或或片片厚厚薄薄不不均均匀匀或或控控制制电电流流极极接接触触不不良良都都将将使使等等位位面面歪歪斜斜(见见图图5-8b)，致致使使两两霍霍尔尔电电极极不不在在同同一等位面上而产生不等位电动势。一等位面上而产生不等位电动势。采用补偿电路加以补偿采用补偿电路加以补偿 2.寄生直流电动势寄生直流电动势 当当霍霍尔尔元元件件通通以以交交流流控控制制电电流流而而不不加加外外磁磁场场时时，霍霍尔尔输输出出除除了了交交流流不不等等位位电电动动势势外

11、外，还还有有直直流流电电动动势势分分量量，称称为为寄生直流电动势寄生直流电动势。产产生生原原因因：由由于于元元件件的的两两对对电电极极不不是是完完全全欧欧姆姆接接触触而而形形成成整整流流效效应应，以以及及两两个个霍霍尔尔电电极极的的焊焊点点大大小小不不等等、热热容容量量不不同同引引起温差所产生的。起温差所产生的。（二）、霍尔元件的温度误差及其补（二）、霍尔元件的温度误差及其补偿偿 一一般般半半导导体体材材料料的的电电阻阻率率、迁迁移移率率和和载载流流于于浓浓度度等等都都随随温温度度而而变变化化。霍霍尔尔元元件件由由半半导导体体材材料料制制成成，因因此此它它的的性性能能参参数数如如输输入入和和输

12、输出出电电阻阻、霍霍尔尔常常数数等等也也随随温温度度而而变变化化，致致使使霍霍尔尔电电动动势势变变化化，产生温度误差。产生温度误差。选用温度系数小的霍尔元件选用温度系数小的霍尔元件选用温度系数小的霍尔元件选用温度系数小的霍尔元件采用适当的补偿电路采用适当的补偿电路采用适当的补偿电路采用适当的补偿电路采用恒流源供电和输入回路并联电阻采用恒流源供电和输入回路并联电阻采用恒流源供电和输入回路并联电阻采用恒流源供电和输入回路并联电阻合理选取负载电阻合理选取负载电阻合理选取负载电阻合理选取负载电阻R RL L的阻值的阻值的阻值的阻值采用恒流源和输入回路串联电阻采用恒流源和输入回路串联电阻采用恒流源和输入

13、回路串联电阻采用恒流源和输入回路串联电阻采用温度补偿元件采用温度补偿元件采用温度补偿元件采用温度补偿元件1.采用恒流源供电和输入回路并联采用恒流源供电和输入回路并联电阻电阻 根根据据式式(5-5)选选择择输输入入回回路路并并联联电电阻阻RP，可可使使温温度度误误差差减减到到极极小小而而不不影影响响霍霍尔元件的其他性能。尔元件的其他性能。2.合理选取负载电阻合理选取负载电阻RL的阻值的阻值 当当霍霍尔尔元元件件接接有有负负载载RL（如如放放大大器器的的输输入入电阻）时，在电阻）时，在RL上的电压为上的电压为 式中式中式中式中 R Ro o霍尔元件的输出电阻霍尔元件的输出电阻霍尔元件的输出电阻霍尔

14、元件的输出电阻 R Ro0o0温度为温度为温度为温度为t t0 0时的输出电阻时的输出电阻时的输出电阻时的输出电阻 为使负载上的电压不随温度而变化，应使为使负载上的电压不随温度而变化，应使为使负载上的电压不随温度而变化，应使为使负载上的电压不随温度而变化，应使 即得即得即得即得 可采用串、并联电阻的方法使上式成立来补偿可采用串、并联电阻的方法使上式成立来补偿可采用串、并联电阻的方法使上式成立来补偿可采用串、并联电阻的方法使上式成立来补偿温度误差。但霍尔元件的灵敏度将会降低。温度误差。但霍尔元件的灵敏度将会降低。温度误差。但霍尔元件的灵敏度将会降低。温度误差。但霍尔元件的灵敏度将会降低。3.采用

15、恒流源和输入回路串联电阻采用恒流源和输入回路串联电阻 4.采用温度补偿元件采用温度补偿元件 5.霍尔元件不等位电势霍尔元件不等位电势U0的温度补的温度补偿偿 五、霍尔式传感器的应用五、霍尔式传感器的应用 根根根根据据据据霍霍霍霍尔尔尔尔电电电电势势势势的的的的表表表表达达达达式式式式，其其其其应应应应用用用用可可可可用用用用于于于于下下下下述三个方面：述三个方面：述三个方面：述三个方面：控控控控制制制制电电电电流流流流I I不不不不变变变变，传传传传感感感感器器器器处处处处于于于于非非非非均均均均匀匀匀匀磁磁磁磁场场场场中中中中，U UHH B B 。可可可可进进进进行行行行磁磁磁磁场场场场、

16、位位位位移移移移、角角角角度度度度、转转转转速速速速、加加加加速速速速度度度度等等等等测量。测量。测量。测量。磁场不变，即磁场不变，即磁场不变，即磁场不变，即B B不变，不变，不变，不变，U UHH I I。故凡是能转换成电流变化的各量均能测量。故凡是能转换成电流变化的各量均能测量。故凡是能转换成电流变化的各量均能测量。故凡是能转换成电流变化的各量均能测量。I I、B B均变化，均变化，均变化，均变化，U UHH IBIB。可用于可用于可用于可用于乘法、功率等方面的计算与测量乘法、功率等方面的计算与测量乘法、功率等方面的计算与测量乘法、功率等方面的计算与测量。（一）、微位移测量（一）、微位移测

17、量 (a)(a)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(a)(a)图图图图的的的的磁磁磁磁路路路路结结结结构构构构，其其其其线线线线性性性性范范范范围围围围窄窄窄窄，而而而而且且且且在在在在位位位位移移移移z=0z=0时时时时，U UHH 0 0。(b)(b)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(b)(b)图图图图，当当当当z=0z=0时时时时，B=0B=0，故故故故 U UHH=0=0。当当当当z z 0 0时时时时，U UHH 0 0，其其其其值值值值决决决决定定定定于于于于B B的的的的大大大大小小小小。这这这这种种种种结结结结构构构构U UHH与与与与B B具具具具有有有有良良良良好好好好线线线

18、线性性性性，且且且且分分分分辨辨辨辨力力力力较较较较高高高高，可可可可达达达达1010-6-6mm；另另另另外外外外两两两两块块块块磁磁磁磁钢钢钢钢越越越越短短短短，磁磁磁磁场场场场梯梯梯梯度度度度越越越越大大大大，灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度越越越越高。高。高。高。(c)(c)曲曲曲曲线线线线对对对对应应应应(c)(c)图图图图，磁磁磁磁场场场场梯梯梯梯度度度度很很很很大大大大，所所所所以以以以它它它它的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度很很很很高高高高，但但但但它它它它的的的的测测测测量量量量位位位位移移移移量量量量很很很很小小小小，一一一一般般般般z z，所所所所以以以以它它它它特特特特别别别别

19、适适适适合合合合于于于于测测测测量量量量微微微微位位位位移移移移以以以以及及及及机械振动的振幅等。机械振动的振幅等。机械振动的振幅等。机械振动的振幅等。产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：产生梯度磁场的磁系统及它们各自的静态特性：1.霍尔式微压、压力传感器霍尔式微压、压力传感器 差动式霍尔传感器原理差动式霍尔传感器原理 U UHH=U=UHH1 1-U-UHH2 2讨论：讨论：讨论：讨论：(1)(1)当霍尔元件在当霍尔元件在当霍尔元件在当霍尔元件在平衡位置时平衡位置时平衡位置时平衡位置时，U UHH1 1

20、=U=UHH2 2，则，则，则，则U UHH=0=0；(2)(2)当当当当霍霍霍霍尔尔尔尔元元元元件件件件向向向向右右右右位位位位移移移移 x x，U UHH1 1 ,U UHH2 2 ，U UHH=U UHH1 1-U-UHH2 2=-=-U UHH(3)(3)当霍尔元件当霍尔元件当霍尔元件当霍尔元件向左位移向左位移向左位移向左位移 x x，U UHH1 1 ,U,UHH2 2 ，U UHH=U=UHH1 1-U-UHH2 2=U UHH2.霍尔式加速度传感器霍尔式加速度传感器 3.霍尔式机械振动传感器霍尔式机械振动传感器（二）、霍尔式转速传感器（二）、霍尔式转速传感器 总结总结原始原始原始

21、原始输入量输入量输入量输入量变换原理变换原理变换原理变换原理物理现象物理现象物理现象物理现象能量能量能量能量关系关系关系关系输出量输出量输出量输出量I I和和和和B B 霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应 物性型物性型物性型物性型 控制型控制型控制型控制型 霍尔电势霍尔电势霍尔电势霍尔电势 9-2磁阻元件磁阻元件一、磁阻效应与磁阻元件磁阻器件类似于霍尔器件，当霍尔元件受到与电流方向垂直的磁场作用时，不仅会产生霍尔效应引起的霍尔电势，而且还会出现半导体电阻率增大的现象。这种现象称为磁阻效应(或称为高斯效应)。磁阻效应与霍尔效应区别在于，霍尔电势是指垂直于电流方向的横向电压，而磁阻效应则是沿电流方向

22、产生的阻值变化。磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率愈大的材料，磁阻效应愈显著；元件的长、宽比愈小，磁阻效应愈大。磁阻元件是利用半导体的磁阻效应而制作的元件，这种元件的电阻值能够随着磁场的增加而增大。它的优点是像电阻元件一样，只有两个端子，结构简单，安装方便。缺点是磁阻元件的电特性比霍尔元件的复杂，不是单一的线性输出。半导体磁阻元件外形呈扁平状，非常薄，它是在的绝缘基片上蒸镀上约2025m的一层半导体材料制成的，也有在半导体薄片上腐蚀成型的。为了增加有效电阻，将其制成电阻应变片那样的弯曲栅格，端子用导线引出后，再用绝缘材料覆盖密封。常见的磁阻元件有lnSb(栅格型)、lnSbNiSb(

23、共晶型)和薄膜型等。二、磁阻元件的主要特性一般地如果金属栅条之间的距离不是非常接近，那么在弱磁场B作用下，即tg1时，元件的电阻变化呈线性特性，用下式表示二、磁阻元件的主要特性(1)电阻变化与磁感应强度的关系。因材料不同，磁阻相对变化与磁感应强度B的变化关系如图9-14所示。L和D为不同掺杂的InSb-NiSb。由图可知磁感应强度小于时，电阻变化与磁感应强度成平方关系；当大于时则成线性关系。(2)相对灵敏度Sr。磁敏电阻的相对灵敏度是磁感应强度为0.3T(或1T)时电阻值RB与零磁场电阻值R0之比，即Sr=RB/R0。(3)温度特性。磁敏电阻材料是一种受温度影响极大的材料，温度系数和磁场的关系

24、如图9-15所示。(4)标称阻值及额定功率。磁敏电阻大部分和半导体电路配合使用，电阻为50500的元件已满足需要。磁敏电阻的额定功率在环境温度低于80OC时为几毫瓦。三、磁阻元件的应用从应用来看，磁阻元件具有两种功能，一是具有本身电阻可改变的功能，另一是和电流结合起来实现乘法运算的功能。同时磁阻元件的电阻变化有平方特性和线性特性，流过磁阻元件的电流可以是交流的，也可以是直流的，因此可进行不同的组合，应用范围相当广泛。下面介绍几个在测试技术中常用的例子。三、磁阻元件的应用(1)磁通计。用比例型磁阻元件制作的磁通计能够直接读出磁通密度，一般用于磁通密度大于以上的测量。磁阻效应磁通计特别适宜于测量密

25、度较高的脉冲磁场，还可用于测量超导磁体。高灵敏度磁通计是利用两个平方特性的磁阻元件在弱磁场作用下具有很高灵敏度这一原理制成的一种磁通计。(2)位移计。图9-16所示是一个利用差动式磁阻元件的电压分压比随永久磁铁的位置而变化的性质制作的位移传感器。如果将永久磁铁和磁阻元件配置成圆形，则不仅可测出直线位移，还可模拟检测出转角。三、磁阻元件的应用(3)无触点点开关。当磁阻元件接近永久磁铁时会使元件阻值增大，再根据需要将信号放大或直接驱动晶体管，就可以实现无触点开关功能或计数功能。电路如图9-17所示。9-3 磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管和磁敏三极管 磁敏二极管和磁敏三极管是由锗或硅半导体材料制成

26、的，其中二极管具有长基区的P+一i一N+型的二极管结构，磁敏三极管则是具有双极型晶体管结构的磁电转换元件。一、磁敏二极管一、磁敏二极管(一)结构原理磁敏二极管是利用电子和空穴双注入效应和复合效应原理制成的元件。磁敏二极管的两端是高掺杂的半导体P+和N+，中间是一个较长的本征半导体i，它不像普通二极管的P型和N型半导体直接接触，在接触面附近形成PN结。磁敏二极管的P+型和N+型半导体不直接接触。因此它又叫P+一i一N+型长二极管，其结构符号和工作原理如图9-18所示。(一)结构原理这种二极管的特点是在长基区(i区)的一侧设置了载流子高复合区r，r区对面则是复合速率很低的光滑表面。当元件施加正向电

27、压时，在无磁场情况下，P+区的空穴和N+区的电子分别流入N+区和P+区形成电流，仅有少量电子和空穴在i区复合掉。当加上正向磁场B+时，由于洛仑兹力的作用使电子和空穴偏向r区，并在r区很快复合掉，这时i区的载流子密度减小，使i区的电阻增加，电流减小，i区电压降增大，而P+i结和N+i结上的电压降减小，促使注入i区的载流子数量下降，使i区电流进一步减小，直到某一稳定状态为止。(一)结构原理在反向磁场B+作用下，电子和空穴向r区的对面偏转，复合数量减小，于是i区的载流子密度增加，电阻减小，电流增加，i区的电压降减小，结果P+i结和N+i结上电压降增加，促使载流子向i区注入，直到电阻值减小到某一稳定状

28、态为止。因此磁敏二极管的工作原理就是这种电子和空穴双注入效应和复合效应的结合。由于存在正反馈作用，所以这种元件具有很高的灵敏度。磁敏二极管只有在正向偏压下，流过二极管的电流随磁场的变化而改变，才具磁敏现象，在反向偏压下因为漏电流很小，所以不出现磁敏现象。(二)磁敏二极管的主要特性(1)伏安特性。磁敏二极管所加正向偏压与二极管流过电流的关系称为伏安特性，不同磁场作用下，其伏安特性不同。(二)磁敏二极管的主要特性(2)磁电特性。磁敏二极管输出电压的变化与外加磁场的关系称为磁电特性。(二)磁敏二极管的主要特性(3)温度特性。磁敏二极管随着温度的变化输出电压发生变化，灵敏度也随之变化，如图9-21所示

29、。(二)磁敏二极管的主要特性(4)频率特性。磁敏二极管相对于磁场和脉冲电源的频率特性取决于载流子在本征区域内的渡越时间，因而频率特性与元件的尺寸大小有关。锗磁敏二极管在50kHz时的灵敏度将下降3dB。硅磁敏二极管的尺寸小，载流子复合时间短，因此频率特性比锗管好，上限频率可达100kHz。(三)磁敏二极管的应用磁敏二极管是一个二端子元件，与磁阻元件类似，但不是纯电阻性的，电阻值和灵敏度随外加电压变化，不符合欧姆定律。采用交流电压工作时要加偏置磁场，以避免在负电压区工作，它能判明磁场的正、反向，对应正、反向磁场输出极性要改变，在弱磁场下与磁场强度成正比；灵敏度高，输出阻抗大，不能直接进行功率控制

30、。磁敏二极管的主要缺点是温度特性、频率特性、电压对磁场的线性、漂移等不如霍尔元件的好，但使用尚不成严重问题。(三)磁敏二极管的应用(1)磁磁场场测测量量。用用磁磁敏敏二二极极管管制制成成磁磁通通计计，可可以以测测量量小小于于10-610-7T的的弱弱磁磁场场，例例如如测测量量变变压压器器漏漏磁磁分分布布、阴阴极极射射线线管管偏偏转转磁磁场场分分布布等等等等。磁磁敏敏二二极极管管的的出出现现使使磁磁力力探探伤伤仪仪测测量量探探头头进进入入实实用用阶阶段段，实实现现了了导导磁磁材材料料探探伤伤自自动动化化。用用磁磁敏敏二二极极管管还还可可制制成成磁磁电电指指向向仪仪、磁磁力力探探矿矿仪仪和和地磁测

31、量仪。地磁测量仪。(2)电电流流检检测测。磁磁敏敏二二极极管管可可以以用用于于钳钳形形电电流流计计来来测测量量大大电电流流，还还可可用用于于电电动动机机过过载载保保护护装装置置，当当电电流流超超过过额额定定值值时时，切切断断电电源源，防防止止线线包包烧烧毁。毁。(3)位位移移检检测测。通通过过磁磁铁铁和和磁磁敏敏二二极极管管的的相相对对距距离离变变化化，使使得得加加在在磁磁敏敏二二极极管管上上的的磁磁场场强强度度发发生生变变化化从从而而测测量量位位移移。因因此此距距离离、转转速速、振振动动以以及及能能转转换换成成上上述述量量的的物物理理量量均均可可用用同同样样的的方方法法无无接接触触地地检检测

32、测。用用磁磁敏敏二二极极管比用线圈可使整个测量系统简单、方便。管比用线圈可使整个测量系统简单、方便。(4)无无触触点点电电位位器器。图图9-23为为无无触触点点电电位位器器的的两两种种使使用用形形式式。图图中中，(a)线线路路加加适适当当的的直直流流偏偏置置后后可可获获得得较较高高的的信号增益，信号增益，(b)线路采用单级场效应管作为可变电位器。线路采用单级场效应管作为可变电位器。(三)磁敏二极管的应用(5)无无触触点点开开关关。磁磁敏敏二二极极管管与与施施密密特特触触发发器器组组成成开开关关电电路路，作作无无触触点点开开关关，可可用用作作机机床床的的起起动动开开关关、防防盗盗装装置置、自自动

33、动线线上上的的计计数数和和控控制制装装置置以以及及工工程程机机械械上上的的安安全全操操作作控控制制等等。其其特特点点是是无无触触点点磨磨损损，可靠性高，无振动环节，不产生火花。可靠性高，无振动环节，不产生火花。二、磁敏三极管磁敏三极管是在双注入长基区二极管的基础上制成的一种结型磁敏晶体管。(一)磁敏三极管的结构原理 磁敏三极管分为锗磁敏三极管(如3BCM型)和硅磁敏三极管(如3CCM型)两种。它是在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射区、基区和集电区，和普通三极管一样也引出三个电极，用e、b、c表示。图9-24为NPN型磁敏三极管的结构和符号。像磁敏二极管一样，在长基区的一个侧面

34、制成高复合区r。长基区分为运输基区和复合基区。复合区的体积比从发射极到集电极的运输区的体积大得多。当不受磁场作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，因而注入的载流子大部分通过eib形成基极电流Ib，少部分载流子被传输到集电极c形成集电极电流Ic。因而形成了基极电流大于集电极电流的情况，使电流放大系数=Ic/Ib1，如图925(a)所示。当受到正向磁场B+作用时，由于磁场力的作用，载流子偏向高复合区r一侧，增大了载流子的复合速率，使集电极电流Ic 减小，如图9-25(b)所示。当反向磁场B-作用时，在磁场力的作用下，载流子向集电极c一侧偏转，载流子的复合速率减小，使集电极电流Ic增大，如图9

35、-25(c)所示。由上述分析可知，磁敏三极管的集电极电流Ic随着外界磁场的变化而变化，具有较高的磁灵敏度。(二)主要特性(1)磁电特性。磁敏三极管的磁电特性是其应用的基础，在弱磁场作用下接近于一条直线，即集电极电流的变化随磁感应强度近似为线性关系。(2)伏安特性。磁敏三极管的伏安特性与普通三极管的伏安特性相似，但电流放大倍数1。图9-26为其伏安特性曲线。(二)主要特性(3)温度特性。磁敏三极管受温度影响较大，使用时必须进行温度补偿。硅磁敏三极管的温度系数为负、锗为正，因此可采用相反温度系数的普通三极管或磁敏二极管及电阻进行补偿。一般来讲。凡是应用霍尔元件、磁敏二极管的场合均可用磁敏三极管代替。但磁敏三极管的灵敏度比二极管大几倍至十几倍，其工作电压也较宽，由于磁灵敏度高，因此可以用来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量，也可用于磁力探伤、接近开关、位置控制、速度测量和各种工业过程自动控制等技术领域。