磁敏電阻工作原理及特性_磁敏電阻的電路符號與應用

作者:電工吧 日期:2020-07-07 20:07:12 人氣: 欄目:電阻器

  什么是磁敏電阻

  磁敏電阻是一種對磁敏感、具有磁阻效應的電阻元件。物質在磁場中電阻發生變化的現象稱為磁阻效應。磁敏電阻通常用銻化銦(InSb)或砷化銦(InAs)等對磁具有敏感性的半導體材料制成。半導體材料的磁阻效應包括物理磁阻效應和幾何磁阻效應,其中物理磁阻效應又稱為磁電阻率效應。

  當外加磁場的方向或強度發生變化時,磁敏電阻的阻值相應改變[2],利用該變化,可精確地測試出磁場的相對位移。例如,在一個長方形半導體InSb片中,沿長度方向有電流通過時,若在垂直于電流片的寬度方向上施加一個磁場,半導體InSb片長度方向上就會發生電阻率增大的現象。

  磁敏電阻器的特點

  1、磁阻效應原理;

  2、磁檢測靈敏度高;

  3、輸出信號幅值大;

  4、抗電磁干擾能力強;

  5、分辨力高。

磁敏電阻工作原理及特性_磁敏電阻的電路符號與應用

  磁敏電阻器的主要參數

  1)磁阻比:指在某一規定的磁感應強度下,磁敏電阻器的阻值與零磁感應強度下的阻值之比。

  2)磁阻系數:指在某一規定的磁感應強度下,磁敏電阻器的阻值與其標稱阻值之比。

  3)磁阻靈敏度:指在某一規定的磁感應強度下,磁敏電阻器的電阻值隨磁感應強度的相對變化率。

  磁敏電阻工作原理

  磁敏材料

  磁敏材料能通過磁阻效應將磁信號轉換成電信號。磁阻效應包括材料的電阻率隨磁場而變化和元件電阻值隨磁場而變化兩種現象。前者稱磁電阻率效應或物理磁阻效應,后者稱為磁電阻效應或幾何磁阻效應。

  磁敏電阻材料主要是電子遷移率大的半導體材料,還有鐵鎳鈷合金。常用的半導體有InSb(或InSb-NiSb共晶材料)、砷化銦(InAs)和砷化鎵(GaAs)等材料,一般用N型。

  高純度InSb和InAs的電子遷移率分別為5.6~6.5m/(V·s)和2.0~2.5m/(V·s)。InSb的禁帶寬度小,受溫度影響大。GaAs的禁帶寬度大,電子遷移率也相當大[0.8m/(V·s)],受溫度影響小,且靈敏度也高。

  鎳鈷合金和鎳鐵合金的電阻溫度系數小,性能穩定,靈敏度高,且具有方向性,可制作強磁性磁阻器件,用于磁阻的檢測等方面。

  用半導體材料制作的磁敏電阻器、無觸點電位器、模擬運算器和磁傳感器等應用于測量、計算機、無線電和自動控制等方面。半導體InSb-NiSb磁敏電阻器用于磁場、電流、位移和功率測量及模擬運算器等方面,其阻值為10Ω~1kΩ,相對靈敏度6~18(B=1T),溫度系數-2.9%~0.09%(1/℃)(B=1T),極限工作頻率1~10MHz。在測量小于0.01T的弱磁場時,必須附加以偏置磁場才能進行。

  Ni-Co薄膜磁敏電阻器主要用于探測磁場方向、磁帶位置檢測、測量和控制轉速或速度以及無觸點開關等方面。阻值有1、10、250kΩ,相對靈敏度2%以上(3&TImes;10T下),溫度系數3000±500&TImes;10(1/℃),感應磁場3&TImes;10T以上,工作溫度-55~150℃。在檢測磁場反轉或可逆磁場以下的磁信號時,也應采用偏置磁場。

  結構及原理

  1.、半導體磁敏電阻

  通常半導體磁敏電阻是由基片、半導體電阻條(內含短路條)和引線三個主要部分組成的?;纸幸r底,一般是用0.1~0.5mm厚的云母、玻璃作成的薄片,也有使用陶瓷或經氧化處理過的硅片作基片的。電阻條一般是用銻化錮(InSb)或砷化銦(InAs)等半導體材料制成的半導體磁敏電阻條,在制造過程中,為了提高磁敏電阻的阻值,縮小其體積、提高靈敏度常把它作成如圖1所示的結構。

磁敏電阻工作原理及特性_磁敏電阻的電路符號與應用

  圖1 半導體磁敏電阻構造

  半導體材料的電阻率ρ隨外磁場強度變化而變化的現象叫作半導體的物理磁阻效應或叫作磁阻率效應。這是由于在外施磁場的作用下,流經半導體磁敏電阻的載流子受洛侖茲力的作用使其流動路徑發生偏斜,從而造成它從一個電極流到另一個電極所流過的途經(即載流子運動的軌跡)要比無磁場作用時所通過的途經要長,故其電阻值增大。我們把載流子在磁場作用下的平均偏斜角度θ叫作平均霍爾角。它與外施磁場及載流有如下關系:

磁敏電阻工作原理及特性_磁敏電阻的電路符號與應用

  式中一文看懂磁敏電阻工作原理及特性為電子遷移率;B為外施磁場的磁感應強度。從式(1)可以看出:半導體磁敏電阻材料的載流子遷移率越大,其偏斜的平均霍爾角就越大,電阻的變化就越大。這種電阻的變化和磁場強度的關系大致可以認為:在弱磁場的作用下,半導體磁敏電阻的相對變化率R/R0與所施磁場的磁感應強度B的平方成正比;而在強磁場的作用下,半導體磁敏電阻的相對變化率ΔR/R0則與所施磁場的磁感應強度B成正比。

  2、磁性金屬薄膜磁敏電阻

  強磁性金屬薄膜磁敏電阻器件的結構如圖2所示,和半導體磁敏電阻一樣,它也是由基片、強磁性金屬薄膜的電阻體和內外引線三部分組成的?;话闶怯煤駷?.1~0.5mm的玻璃片、高頻陶瓷片或經氧化處理的硅片制成;電阻體通常是采用半導體平面工藝中的真空鍍膜(或濺射)、光刻、腐蝕工藝而制成的;內引線是用硅鋁絲或金絲采用超聲壓焊或金絲球焊而焊接的,外引線是用非磁性的銅片等材料焊接的。

磁敏電阻工作原理及特性_磁敏電阻的電路符號與應用

  圖2 強磁性金屬薄膜磁敏電阻構造

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