傳感器45章磁敏傳感器課件

傳感器技術(shù)及應(yīng)用

機(jī)械082010～2011第二學(xué)期2011年3月5.6磁敏傳感器半導(dǎo)體磁敏傳感器：可將磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妳?shù)的傳感器。種類：霍爾傳感器、磁敏電阻傳感器、磁敏二極管、磁敏晶體管等。特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)非接觸檢驗(yàn)，壽命長(zhǎng)、可靠性高。從直流（0Hz）到高頻（數(shù)十GHz）其特性完全一樣。不僅能夠測(cè)量運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)強(qiáng)度,也能測(cè)量靜止的磁場(chǎng)。能夠使器件小型化和集成化。一、霍爾元件霍爾電壓形成的定性說(shuō)明(a)磁場(chǎng)為0時(shí)，電子在半導(dǎo)體中的流動(dòng);(b)磁場(chǎng)不為0，電子在勞倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn);(c)電荷積累達(dá)到平衡時(shí),電子在流動(dòng)2.作用機(jī)理外磁場(chǎng)改變了導(dǎo)體載流子遷移的路徑，致使與外界電場(chǎng)同方向的電流分量減小，等價(jià)于電阻增大磁敏元件載流子遷移率幾何形狀物理磁阻效應(yīng)幾何磁阻效應(yīng)電阻率相對(duì)變化電阻相對(duì)變化（1）物理磁阻效應(yīng)具有兩種載流子的材料通電后，電子和空穴電流密度分別為jn和jp，總電流密度j無(wú)外磁場(chǎng)H時(shí)，j=jn+jp有外磁場(chǎng)H時(shí)，jn與jp背向偏轉(zhuǎn)j<jn+jp相當(dāng)于增大磁敏電阻材料當(dāng)材料中僅存在一種載流子時(shí)，磁阻效應(yīng)幾乎可以忽略，此時(shí)霍爾效應(yīng)更為強(qiáng)烈。在電子和空穴都存在的材料（如InSb）中，則磁阻效應(yīng)很強(qiáng)。一般使用N型InSb(銻化銦)和InSb―NiSb半導(dǎo)體材料做成磁阻器件。增大磁阻效應(yīng)途徑：縮短電流路徑l，增大電極長(zhǎng)度w，減薄磁阻材料d（a）用薄膜技術(shù)制作在基片上，典型厚度是20μm,（b）矩形磁阻元件，橫向?qū)挾葁比縱向長(zhǎng)度l大40倍,（c）把W>l的扁平器件串聯(lián)起來(lái)——柵格磁阻器件。科比諾圓盤(pán)中心和邊緣為兩電極不存在橫向霍爾電場(chǎng)和電勢(shì)磁敏電阻變化更加明顯柵格磁阻器件在L>W長(zhǎng)方形磁阻材料上面制作許多平行等間距的金屬條（即短路柵格），相當(dāng)于許多扁條狀磁阻串聯(lián)。零磁場(chǎng)電阻約100Ω,柵格金屬條在100根以上。柵格磁阻器件既增加了零磁場(chǎng)電阻值、又提高了磁阻器件的靈敏度。LBILBIBI磁阻式傳感器應(yīng)用——磁阻效應(yīng)角度傳感器將相間90度布置的四個(gè)磁敏電阻接入電橋電路，傳感器每相對(duì)磁極轉(zhuǎn)動(dòng)180度，輸出電壓變化一個(gè)周期。UZZ900信號(hào)調(diào)理芯片KMZ41型傳感器：

內(nèi)含8個(gè)MR形成兩組電橋兩組磁敏電阻相對(duì)磁場(chǎng)布置相差45度，磁阻變化相位差90度兩組電橋的輸出電壓相位相差90度KMZ41型傳感器：可以實(shí)現(xiàn)辨向功能轉(zhuǎn)速傳感器傳感器與調(diào)理電路安裝工作原理輸出方波——頻率信號(hào)三、磁敏二極管(SMD)工作原理在高阻半導(dǎo)體芯片（本征型I）兩端，分別制作P、N兩個(gè)電極P、N為重參雜區(qū)，I區(qū)長(zhǎng)度較長(zhǎng)I區(qū)一側(cè)光滑，一側(cè)打毛粗糙，粗糙表面易于使電子－空穴對(duì)復(fù)合而消失，成為r面（復(fù)合區(qū)）外加正向偏壓：P區(qū)接正，N區(qū)接負(fù)大量空穴從P區(qū)注入I區(qū)；大量電子從N區(qū)注入I區(qū)未加磁場(chǎng)，電子和空穴運(yùn)行方向不偏轉(zhuǎn)磁敏二極管的伏安特性在給定磁場(chǎng)情況下，磁敏二極管兩端正向偏壓和通過(guò)它的電流的關(guān)系曲線。在一定條件下，磁敏二極管的輸出電壓的變化量U與外加磁場(chǎng)的關(guān)系磁敏二極管的磁電特性：磁敏二極管的磁電特性互補(bǔ)使用時(shí)，正、反向磁靈敏度曲線對(duì)稱，且在弱磁場(chǎng)下有較好的線性。磁敏二極管與其它磁敏器件相比，具有以下特點(diǎn)：(1)靈敏度高,磁敏二極管的靈敏度比霍爾元件高幾百甚至上千倍，而且線路簡(jiǎn)單，成本低廉。(2)靈敏度與磁場(chǎng)關(guān)系呈線性的范圍比較窄，但是