项目六 磁敏二极管、磁敏三极管（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

intelligent sensor 磁敏二极管、磁敏三极管 传感器与检测技术 磁敏二极管能够将磁信息转换成电信号 它利用的是载流子在磁场中运动时会受到洛伦兹力作用的原理制成的。它是一种对磁场极为敏感的半导体器件，是为了探测较弱的磁场而设计的。 一、磁敏二极管 磁敏二极管结构形式与PIN二极管相似，是一种P＋-I-N＋结构的器件。它也有单向导电特性。 其特点是体积小，灵敏度高，已广泛应用于磁测、无损探伤、无触点开关等技术领域。 磁敏二极管的基本结构 这是磁敏二极管在电路中的符号。 实际的磁敏二极管较长的管脚为正极区，较短的管脚为负极区。 磁敏二极管在电路中的符号 一、磁敏二极管 磁敏二极管正常工作时，必须在P＋端接电源正极，N＋端接电源负极 ①　磁敏二极管在无磁场作用下，形成正常电流i。 ②　加入B＋磁场时，磁敏二极管电阻增大，电流减小。 ③　加入B－磁场时，磁敏二极管电阻减小，电流增大。隨着磁场强度的增加，电阻的变化增大，所以磁敏二极管对磁场的灵敏度很高。 一、磁敏二极管 磁敏三极管是具有双极型长基区晶体管结构的磁电转换器件，又称为磁敏晶体管，是70年代发展起来的新型半导体磁电转换器件，主要用于磁检测、无触点开关和近接开关等。 磁敏三极管是在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射极、基极和集电极。其最大特点是基区较长，基区结构类似磁敏二极管。 二、磁敏三极管 二、磁敏三极管 　　① 未加磁场 　　由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过e-I-b，形成基极电流；少数载流子输入到c极。因而形成了基极电流大于集电极电流的情况，使 N+ N+ e P+ x I r b c y ② B+磁场作用 除受横向电场作用外，还受磁场洛仑兹力的作用，使载流子偏向发射结的一侧， 导致集电极电流显著下降。 ③ B-磁场作用 当反向磁场作用时，在其作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。 二、磁敏三极管 N+ N+ e P+ x r b y c I N+ N+ e P+ x I r b c H- y 磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化，这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。 磁敏电阻作为无触点电位器的检测 intelligent sensor 磁敏传感器 传感器与检测技术 磁敏传感器是对磁场参量敏感的元器件或装置，它把磁信号转换为电信号。磁敏传感器的工作原理主要包括磁阻效应，磁电效应和霍尔效应。 一、磁敏传感器 当一载流半导体置于磁场中，其电阻值会随磁场而变化的现象称为磁阻效应。磁敏电阻就是基于磁阻效应工作的。 磁敏电阻是对磁场反应敏感的半导体元件，它是电阻率随磁场的强度变化的电阻器。利用其电阻值随磁场强度改变的特性，它可以将磁感应信号转换为电信号。 磁敏电阻广泛应用在自动控制中，还可以用于磁场强度、漏磁的检测等。它可以作为磁敏传感器使用，也可以作为无触点电位器使用。 1、磁敏电阻 磁敏电阻常用的半导体材料是锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）和锑化铌 （NiSb）等半导体材料，在绝缘基片上蒸镀薄的半导体材料，也可在半导体薄片上光刻或腐蚀成型（栅状结构）。它的外形结构如图所示。 磁敏电阻的材料 磁敏电阻都做成片状，长宽尺寸只有几毫米。为了提高灵敏度，电阻体经常做成弯曲串连状，并通过光刻等方法形成相关的短路条。 磁敏电阻主要参数 1） 磁阻比：在某一规定的磁感应强度下，磁敏电阻的电阻值RB与零磁感应强度时的电阻值R0之比。2）磁阻系数：在某一规定的磁感应强度下，磁敏电阻的电阻值与其标称电阻值之比。 3）磁阻灵敏度：在某一规定的磁感应强度下，磁敏电阻的电阻值隨磁感应强度变化的相对变化率。 通常使用两种方法： 1）根据磁敏电阻的结构和主要参数，在常温下用万用表进行测量时，其电阻值为500Ω左右。 2）用万用表测量磁敏电阻的阻值时，把磁敏电阻靠近一磁铁，电阻值变小，磁敏电阻可用；如果电阻值不变，则磁敏电阻已经失效。 磁敏电阻的检测 R1＝R2，把“1”“3”脚作为电压输入端，“2”“1”脚作为输出端。由R1与R2构成一个分压电路。 2、磁敏电阻的应用 1）位移的检测 磁敏电阻是由R1与R2构成三端式元件，覆盖着一永久磁铁。 如果永久磁铁覆盖R1与R2的面积相等且各占一半时，输出电压等于输入电压1/2； 如果永久磁铁完全覆盖R1时，“2”“3”脚输出最大，“1”“2”脚输出最小； 如果永久磁铁完全覆盖R2时，“2”“3”脚输出最小，“1”“2”脚输出最大。 这就将永久磁铁的位移转换为了输出电压的大小。 在这里只是将磁敏电阻R1和R2分别制成两个半圆形，两者合起