巨磁電阻實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、巨磁電阻實(shí)驗(yàn)報(bào)告【目的要求】1、 了解GMR效應(yīng)的原理2、 測(cè)量GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線3、 測(cè)量GMR的磁阻特性曲線4、 用GMR傳感器測(cè)量電流5、 用GMR梯度傳感器測(cè)量齒輪的角位移，了解GMR轉(zhuǎn)速（速度）傳感器的原理【原理簡(jiǎn)述】根據(jù)導(dǎo)電的微觀機(jī)理，電子在導(dǎo)電時(shí)并不是沿電場(chǎng)直線前進(jìn)，而是不斷和晶格中的原子產(chǎn)生碰撞（又稱散射），每次散射后電子都會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向，總的運(yùn)動(dòng)是電場(chǎng)對(duì)電子的定向加速與這種無(wú)規(guī)散射運(yùn)動(dòng)的疊加。稱電子在兩次散射之間走過(guò)的平均路程為平均自由程，電子散射幾率小，則平均自由程長(zhǎng)，電阻率低。電阻定律 R=rl/S中，把電阻率r視為常數(shù)，與材料的幾何尺度無(wú)關(guān)，這是因?yàn)橥ǔ?/p>

2、材料的幾何尺度遠(yuǎn)大于電子的平均自由程（例如銅中電子的平均自由程約34nm），可以忽略邊界效應(yīng)。當(dāng)材料的幾何尺度小到納米量級(jí)，只有幾個(gè)原子的厚度時(shí)（例如，銅原子的直徑約為0.3nm），電子在邊界上的散射幾率大大增加，可以明顯觀察到厚度減小，電阻率增加的現(xiàn)象。電子除攜帶電荷外，還具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁場(chǎng)兩種可能取向。早在1936年，英國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者N.F.Mott指出，在過(guò)渡金屬中，自旋磁矩與材料的磁場(chǎng)方向平行的電子，所受散射幾率遠(yuǎn)小于自旋磁矩與材料的磁場(chǎng)方向反平行的電子?？傠娏魇莾深愖孕娏髦?總電阻是兩類自旋電流的并聯(lián)電阻，這就是所謂的兩電流模型。在圖2所示的

3、多層膜結(jié)構(gòu)中，無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層磁性材料是反平行（反鐵磁）耦合的。施加足夠強(qiáng)的外磁場(chǎng)后，兩層鐵磁膜的方向都與外磁場(chǎng)方向一致，外磁場(chǎng)使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。電流的方向在多數(shù)應(yīng)用中是平行于膜面的。圖3是圖2結(jié)構(gòu)的某種GMR材料的磁阻特性。由圖可見(jiàn)，隨著外磁場(chǎng)增大，電阻逐漸減小，其間有一段線性區(qū)域。當(dāng)外磁場(chǎng)已使兩鐵磁膜完全平行耦合后，繼續(xù)加大磁場(chǎng)，電阻不再減小，進(jìn)入磁飽和區(qū)域。磁阻變化率 R/R 達(dá)百分之十幾，加反向磁場(chǎng)時(shí)磁阻特性是對(duì)稱的。注意到圖2中的曲線有兩條，分別對(duì)應(yīng)增大磁場(chǎng)和減小磁場(chǎng)時(shí)的磁阻特性，這是因?yàn)殍F磁材料都具有磁滯特性。有兩類與自旋相關(guān)的散射對(duì)巨磁電阻效應(yīng)有貢獻(xiàn)。其

4、一，界面上的散射。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁場(chǎng)方向相反，無(wú)論電子的初始自旋狀態(tài)如何，從一層鐵磁膜進(jìn)入另一層鐵磁膜時(shí)都面臨狀態(tài)改變（平行反平行，或反平行平行），電子在界面上的散射幾率很大，對(duì)應(yīng)于高電阻狀態(tài)。有外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁場(chǎng)方向一致，電子在界面上的散射幾率很小，對(duì)應(yīng)于低電阻狀態(tài)。其二，鐵磁膜內(nèi)的散射。即使電流方向平行于膜面，由于無(wú)規(guī)散射，電子也有一定的幾率在上下兩層鐵磁膜之間穿行。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁場(chǎng)方向相反，無(wú)論電子的初始自旋狀態(tài)如何，在穿行過(guò)程中都會(huì)經(jīng)歷散射幾率?。ㄆ叫校┖蜕⑸鋷茁蚀螅ǚ雌叫校﹥煞N過(guò)程，兩類自旋電流的并聯(lián)電阻相似兩個(gè)中等阻值的電阻的并聯(lián)，對(duì)應(yīng)于高

5、電阻狀態(tài)。有外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁場(chǎng)方向一致，自旋平行的電子散射幾率小，自旋反平行的電子散射幾率大，兩類自旋電流的并聯(lián)電阻相似一個(gè)小電阻與一個(gè)大電阻的并聯(lián)，對(duì)應(yīng)于低電阻狀態(tài)。多層膜GMR結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，磁阻隨外磁場(chǎng)線性變化的范圍大，在制作模擬傳感器方面得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)字記錄與讀出領(lǐng)域，為進(jìn)一步提高靈敏度，發(fā)展了自旋閥結(jié)構(gòu)的GMR?！緦?shí)驗(yàn)裝置】巨磁電阻實(shí)驗(yàn)儀；基本特性組件；電流測(cè)量組件；角位移測(cè)量組件；磁讀寫組件；【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測(cè)量在將GMR構(gòu)成傳感器時(shí)，為了消除溫度變化等環(huán)境因素對(duì)輸出的影響，一般采用橋式結(jié)構(gòu)。 a 幾何結(jié)構(gòu) b電路連接GMR模擬傳感

6、器結(jié)構(gòu)圖對(duì)于電橋結(jié)構(gòu)，如果4個(gè)GMR電阻對(duì)磁場(chǎng)的影響完全同步，就不會(huì)有信號(hào)輸出。圖17-9中，將處在電橋?qū)俏恢玫膬蓚€(gè)電阻R3, R4覆蓋一層高導(dǎo)磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁場(chǎng)對(duì)它們的影響，而R1，R2阻值隨外磁場(chǎng)改變。設(shè)無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)4個(gè)GMR電阻的阻值均為R， R1、R2在外磁場(chǎng)作用下電阻減小R，簡(jiǎn)單分析表明，輸出電壓：U=U (2R-R) (2)屏蔽層同時(shí)設(shè)計(jì)為磁通聚集器，它的高導(dǎo)磁率將磁力線聚集在R1、R2電阻所在的空間，進(jìn)一步提高了R1，R2的磁靈敏度。從幾何結(jié)構(gòu)還可見(jiàn)，巨磁電阻被光刻成微米寬度迂回狀的電阻條，以增大其電阻至k數(shù)量級(jí)，使其在較小工作電流下得到合適的電壓輸出。GMR模擬

7、傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性模擬傳感器磁電轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)原理圖將GMR模擬傳感器置于螺線管磁場(chǎng)中，功能切換按鈕切換為“傳感器測(cè)量”。實(shí)驗(yàn)儀的4V電壓源接至基本特性組件“巨磁電阻供電”，恒流源接至“螺線管電流輸入”，基本特性組件“模擬信號(hào)輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。按表1數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，逐漸減小磁場(chǎng)強(qiáng)度，記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格“減小磁場(chǎng)”列中。由于恒流源本身不能提供負(fù)向電流，當(dāng)電流減至0后，交換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流i，此時(shí)流經(jīng)螺線管的電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樨?fù)，從上到下記錄相應(yīng)的輸出電壓。電流至-100mA后，逐漸減小負(fù)向電流，電流到0時(shí)同樣需要交換恒流輸出的極性。從下到上記錄數(shù)

8、據(jù)于表一“增大磁場(chǎng)”列中。 理論上講，外磁場(chǎng)為零時(shí)，GMR傳感器的輸出應(yīng)為零，但由于半導(dǎo)體工藝的限制，4個(gè)橋臂電阻值不一定完全相同，導(dǎo)致外磁場(chǎng)為零時(shí)輸出不一定為零，在有的傳感器中可以觀察到這一現(xiàn)象。根據(jù)螺線管上表明的線圈密度，由公式（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。以磁感應(yīng)強(qiáng)度B作橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱坐標(biāo)作出磁電轉(zhuǎn)換特性曲線。不同外磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)輸出電壓的變化反映了GMR傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性，同一外磁場(chǎng)強(qiáng)度下輸出電壓的差值反映了材料的磁滯特性。表1 GMR模擬傳感器磁電轉(zhuǎn)換特性的測(cè)量（電橋電壓4V）磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯輸出電壓/mV勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯減小磁場(chǎng)增大磁場(chǎng)100231233

9、9023123380230232702292306022322250202195.040167.2154.630129.8114.7209275.71056.743.2540.415.3024.319.3511.236.91039.452.82073.488.130110.5125.940150.416450189.620060220224702302318023223290233233100233234二、GMR磁阻特性測(cè)量磁阻特性測(cè)量原理圖為加深對(duì)巨磁電阻效應(yīng)的理解，我們對(duì)構(gòu)成GMR模擬傳感器的磁阻進(jìn)行測(cè)量。將基本特性組件的功能切換按鈕切換為“巨磁阻測(cè)量”，此時(shí)被磁屏蔽的兩個(gè)電橋電阻R3、

10、R4被短路，而R1、R2并聯(lián)。將電流表串連進(jìn)電路中，測(cè)量不同磁場(chǎng)時(shí)回路中電流的大小，就可以計(jì)算磁阻。實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，基本特性組件。 將GMR模擬傳感器置于螺線管磁場(chǎng)中，功能切換按鈕切換為“巨磁阻測(cè)量”。實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源串連電流表后，接至基本特性組件“巨磁電阻供電”，恒流源接至“螺線管電流輸入”。按表2數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，逐漸減小磁場(chǎng)強(qiáng)度，記錄相應(yīng)的磁阻電流于表格“減小磁場(chǎng)”列中。由于恒源流本身不能提供負(fù)向電流，當(dāng)電流減至0后，交換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)流經(jīng)螺線管的電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樨?fù)，從上到下記錄相應(yīng)的輸出電壓。 電流至一100mA后，逐漸減小負(fù)向電

11、流，電流到0時(shí)同樣需要交換恒流輸出接線的極性。從下到上記錄數(shù)據(jù)于“增大磁場(chǎng)”列中。根據(jù)螺線管上表明的線圈密度，由公式（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。由歐姆定律R=U/I 計(jì)算磁阻。以磁感應(yīng)強(qiáng)度B作橫坐標(biāo)，磁阻為縱坐標(biāo)做出磁阻特性曲線。應(yīng)該注意，由于模擬傳感器的兩個(gè)磁阻是位于磁通聚集器中，與圖3相比，我們作出的磁阻曲線斜率大了約10倍，磁通聚集器結(jié)構(gòu)使磁阻靈敏度大大提高。 不同外磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)磁阻的變化反映了GMR的磁阻特性，同一外磁場(chǎng)強(qiáng)度的差值反映了材料的磁滯特性。表2 GMR磁阻特性的測(cè)量（磁阻兩端電壓4V）磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯磁阻/減小磁場(chǎng)增大磁場(chǎng)勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯磁阻電流/mA磁

12、阻/磁阻電流/mA磁阻/1001.9121.910901.9111.910801.9111.909701.9101.900601.9081.892501.8911.876401.8521.831301.8071.786201.7631.748101.7251.71351.7091.69601.6921.67651.6781.699101.7041.716201.7381.752301.7761.793401.8181.838501.8641.882601.8961.905701.9061.909801.9091.910901.9101.9101001.9101.910三、 GMR開(kāi)關(guān)（數(shù)字）傳

13、感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線測(cè)量將GMR模擬傳感器與比較電路，晶體管放大電路集成在一起，就構(gòu)成GMR開(kāi)關(guān)（數(shù)字）傳感器，結(jié)構(gòu)如圖14所示。比較電路的功能是，當(dāng)電橋電壓低于比較電壓時(shí)，輸出低電平。當(dāng)電橋電壓高于比較電壓時(shí)，輸出高電平。選 擇適當(dāng)?shù)腉MR電橋并結(jié)合調(diào)節(jié)比較電壓，可調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)傳感器開(kāi)關(guān)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。圖15是某種GMR開(kāi)關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)值從低增加到12高斯時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)（輸出高電平），當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)值從高減小到10高斯時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉（輸出低電平）。實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，基本特性組件。將GMR模擬傳感器置于螺線管磁場(chǎng)中，功能切換按鈕切換為“傳感器測(cè)量”。實(shí)驗(yàn)儀的4

14、伏電壓源接至基本特性組件“巨磁電阻供電”，“電路供電”接口接至基本特性組件對(duì)應(yīng)的“電路供電”輸入插孔，恒流源接至“螺線管電流輸入”，基本特性組件“開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。從50mA逐漸減小勵(lì)磁電流，輸出電壓從高電平（開(kāi)）轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑P(guān)）時(shí)記錄相應(yīng)的勵(lì)磁電流于表3“減小磁場(chǎng)”列中。當(dāng)電流減至0后，交換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)流經(jīng)螺線管的電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樨?fù)，輸出電壓從低電平（關(guān)）轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑ㄩ_(kāi)）時(shí)記錄相應(yīng)的負(fù)值勵(lì)磁電流于表3“減小磁場(chǎng)”列中。將電流調(diào)至50mA。逐漸減小負(fù)向電流，輸出電壓從高電平（開(kāi)）轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑P(guān)）時(shí)記錄相應(yīng)的負(fù)值勵(lì)磁電流于表3“增

15、大磁場(chǎng)”列中，電流到0時(shí)同樣需要交換恒流輸出接線的極性。輸出電壓從低電平（關(guān)）轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑ㄩ_(kāi)）時(shí)記錄相應(yīng)的正值勵(lì)磁電流于表3“增大磁場(chǎng)”列中。表3 GMR開(kāi)關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測(cè)量 高電平 V 低電平 V減小磁場(chǎng)增大磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯開(kāi)關(guān)動(dòng)作勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯關(guān)關(guān)開(kāi)開(kāi)根據(jù)螺線管上標(biāo)明的線圈密度，由公式（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。以磁感應(yīng)強(qiáng)度B作橫座標(biāo)，電壓讀數(shù)為縱座標(biāo)作出開(kāi)關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線。利用GMR開(kāi)關(guān)傳感器的開(kāi)關(guān)特性已制成各種接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)磁性物體（可在非磁性物體上貼上磁條）接近傳感器時(shí)就會(huì)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)及汽車，家電

16、等日常生活用品中，控制精度高，惡劣環(huán)境（如高低溫，振動(dòng)等）下仍能正常工作。由于儀器故障原因，此步驟無(wú)法進(jìn)行。四、用GMR模擬傳感器測(cè)量電流GMR模擬傳感器在一定的范圍內(nèi)輸出電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成線性關(guān)系，且靈敏度高，線性范圍大，可以方便的將GMR制成磁場(chǎng)計(jì)，測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度或其它與磁場(chǎng)相關(guān)的物理量。作為應(yīng)用示例，我們用它來(lái)測(cè)量電流。由理論分析可知，通有電流I的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線，與導(dǎo)線距離為r的一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：B = 0I/2r =2 I10-7/r （3）磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流成正比，在r已知的條件下，測(cè)得B，就可知I。在實(shí)際應(yīng)用中，為了使GMR模擬傳感器工作在線性區(qū)，提高測(cè)量精度，還常常預(yù)先給傳感器施加一固定

17、已知磁場(chǎng)，稱為磁偏置，其原理類似于電子電路中的直流偏置。 模擬傳感器測(cè)量電流實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，電流測(cè)量組件實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源接至電流測(cè)量組件“巨磁電阻供電”，恒流源接至“待測(cè)電流輸入”，電流測(cè)量組件“信號(hào)輸出”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。將待測(cè)電流調(diào)節(jié)至0。將偏置磁鐵轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離GMR傳感器，調(diào)節(jié)磁鐵與傳感器的距離，使輸出約25mV。將電流增大到300mA，按表4數(shù)據(jù)逐漸減小待測(cè)電流，從左到右記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格“減小電流”行中。由于恒流源本身不能提供負(fù)向電流，當(dāng)電流減至0后，交換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)電流方向?yàn)樨?fù)，記錄相應(yīng)的輸出電壓。逐漸減小負(fù)向待測(cè)電流，從

18、右到左記錄相應(yīng)的輸出電壓于表格“增加電流”行中。當(dāng)電流減至0后，交換恒流輸出接線的極性，使電流反向。再次增大電流，此時(shí)電流方向?yàn)檎?，記錄相?yīng)的輸出電壓。將待測(cè)電流調(diào)節(jié)至0。將偏置磁鐵轉(zhuǎn)到接近GMR傳感器，調(diào)節(jié)磁鐵與傳感器的距離，使輸出約150mV。用低磁偏置時(shí)同樣的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量適當(dāng)磁偏置時(shí)待測(cè)電流與輸出電壓的關(guān)系。表4 用GMR模擬傳感器測(cè)量電流 待測(cè)電流/mA3002001000100200300輸出電壓/mV低磁偏置(約25mV)減小電流26.726.225.625.024.523.923.3增加電流26.726.225.625.024.423.923.3適當(dāng)磁偏置(約130.1mV)減

19、小電流132.7131.9131.1130.3129.5128.6127.7增加電流132.8131.9131.1130.1129.4128.6127.7以電流讀數(shù)作橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱坐標(biāo)作圖。分別作出4條曲線。由測(cè)量數(shù)據(jù)及所作圖形可以看出，適當(dāng)磁偏置時(shí)線性較好，斜率（靈敏度）較高。由于待測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)遠(yuǎn)小于偏置磁場(chǎng)，磁滯對(duì)測(cè)量的影響也較小，根據(jù)輸出電壓的大小就可確定待測(cè)電流的大小。用GMR傳感器測(cè)量電流不用將測(cè)量?jī)x器接入電路，不會(huì)對(duì)電路工作產(chǎn)生干擾，既可測(cè)量直流，也可測(cè)量交流，具有廣闊的應(yīng)用前景。五、GMR梯度傳感器的特性及應(yīng)用將GMR電橋兩對(duì)對(duì)角電阻分別置于集成電路兩端，4個(gè)電阻都

20、不加磁屏蔽，即構(gòu)成梯度傳感器，如圖17所示。這種傳感器若置于均勻磁場(chǎng)中，由于4個(gè)橋臂電阻阻值變化相同，電橋輸出為零。如果磁場(chǎng)存在一定的梯度，各GMR電阻感受到的磁場(chǎng)不同，磁阻變化不一樣，就會(huì)有信號(hào)輸出。圖18以檢測(cè)齒輪的角位移為例，說(shuō)明其應(yīng)用原理。將永磁體放置于傳感器上方，若齒輪是鐵磁材料，永磁體產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)在相對(duì)于齒牙不同位置時(shí)，產(chǎn)生不同的梯度磁場(chǎng)。a位置時(shí)，輸出為零。b位置時(shí)，R1、R2 感受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度大于R3、R4，輸出正電壓。c位置時(shí)，輸出回歸零。d位置時(shí)，R1、R2 感受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度小于R3、R4，輸出負(fù)電壓。于是,在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒牙便產(chǎn)生一個(gè)完整的波形輸出。這一原

21、理已普遍應(yīng)用于轉(zhuǎn)速（速度）與位移監(jiān)控，在汽車及其它工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀、角位移測(cè)量組件。將實(shí)驗(yàn)儀4V電壓源接角位移測(cè)量組件“巨磁電阻供電”，角位移測(cè)量組件“信號(hào)輸出”接實(shí)驗(yàn)儀電壓表。逆時(shí)針慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，當(dāng)輸出電壓為零時(shí)記錄起始角度，以后每轉(zhuǎn)3度記錄一次角度與電壓表的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)48度齒輪轉(zhuǎn)過(guò)2齒，輸出電壓變化2個(gè)周期。表4 齒輪角位移的測(cè)量起始角度/度03691215182124轉(zhuǎn)動(dòng)角度/度018.331.431.319.94.7-9.8-15.1-2.0輸出電壓/mV2730333639424548起始角度/度1732.231.520.24.4-9.8-15.4-2.2

22、以齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的度數(shù)為橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱向坐標(biāo)作圖。六、磁記錄與讀出磁記錄是當(dāng)今數(shù)碼產(chǎn)品記錄與儲(chǔ)存信息的最主要方式，由于巨磁阻的出現(xiàn)，存儲(chǔ)密度有了成百上千倍的提高。在當(dāng)今的磁記錄領(lǐng)域，為了提高記錄密度，讀寫磁頭是分離的。寫磁頭是繞線的磁芯，線圈中通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁性記錄材料上記錄信息。巨磁阻讀磁頭利用磁記錄材料上不同磁場(chǎng)時(shí)電阻的變化讀出信息。磁讀寫組件用磁卡做記錄介質(zhì)，磁卡通過(guò)寫磁頭時(shí)可寫入數(shù)據(jù)，通過(guò)讀磁頭時(shí)將寫入的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。同學(xué)可自行設(shè)計(jì)一個(gè)二進(jìn)制碼，按二進(jìn)制碼寫入數(shù)據(jù)，然后將讀出的結(jié)果記錄下來(lái)。實(shí)驗(yàn)裝置：巨磁阻實(shí)驗(yàn)儀，磁讀寫組件，磁卡。實(shí)驗(yàn)儀的4伏電壓源接磁讀寫組件“巨磁電阻

23、供電”， “電路供電”接口接至基本特性組件對(duì)應(yīng)的“電路供電”輸入插孔，磁讀寫組件“讀出數(shù)據(jù)”接至實(shí)驗(yàn)儀電壓表。將需要寫入與讀出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)記入表6第2行。將磁卡插入，“功能選擇”按鍵切換為“寫”狀態(tài)。緩慢移動(dòng)磁卡，根據(jù)磁卡上的刻度區(qū)域切換“寫0”“寫1”；將“功能選擇”按鍵切換為“讀”狀態(tài)，移動(dòng)磁卡至讀磁頭處，根據(jù)刻度區(qū)域在電壓表上讀出電壓，記錄于表6第4行。表6 二進(jìn)制數(shù)字的寫入與讀出十進(jìn)制數(shù)字85二進(jìn)制數(shù)字01010101磁卡區(qū)域號(hào)12345678讀出電平3.1mV1.983V3.1mV1.983V3.1mV1.983V3.1mV1.983V此實(shí)驗(yàn)演示了磁記錄與磁讀出的原理與過(guò)程?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)

24、據(jù)處理】1.GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測(cè)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯輸出電壓/mV勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯減小磁場(chǎng)增大磁場(chǎng)10030.159289472312339027.143360532312338024.127431582302327021.111502632292306018.095573682232225015.07964474202195.04012.06371579167.2154.6309.047786842129.8114.7206.0318578959275.7103.01592894756.743.251.50796447440.415.30024.319.35-1.5

25、0796447411.236.910-3.01592894739.452.820-6.03185789573.488.130-9.047786842110.5125.940-12.06371579150.416450-15.07964474189.620060-18.0955736822022470-21.1115026323023180-24.1274315823223290-27.14336053233233100-30.15928947233234以B為橫坐標(biāo)，輸出電壓U為縱坐標(biāo)，作圖得：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與輸出電壓U之間的關(guān)系曲線. GMR的磁阻特性曲線的測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯磁阻/減小磁場(chǎng)增

26、大磁場(chǎng)勵(lì)磁電流/mA磁感應(yīng)強(qiáng)度/高斯磁阻電流/mA磁阻/磁阻電流/mA磁阻/10030.159289471.9912009.041.9722028.399027.143360531.9902010.051.9722028.398024.127431581.9892011.061.9712029.427021.111502631.9882012.071.9692031.486018.095573681.9822018.161.9632037.695015.079644741.9612039.771.9362066.114012.063715791.9262076.841.8982107.48309.0477868421.8882118.641.8602150.53206.0318578951.8522159.821.8242192.98103.0159289471.8182200.221.793