磁電式傳感器pappt課件(已修改)
2025-05-13 23:13 本頁(yè)面
【正文】 第二節(jié) 磁敏電阻器 是一種電阻隨磁場(chǎng)變化而變化的磁敏元件 ，也稱(chēng) MR元件 。 它的理論基礎(chǔ)為磁阻效應(yīng) 。 （ 一 ） 磁阻效應(yīng) 若給通以電流的金屬或半導(dǎo)體材料的薄片加以與電流垂直或平行的外磁場(chǎng) ， 則其電阻值就增加 。 稱(chēng)此種現(xiàn)象為磁致電阻變化效應(yīng) ， 簡(jiǎn)稱(chēng)為磁阻效應(yīng) 。 在磁場(chǎng)中，電流的流動(dòng)路徑會(huì)因磁場(chǎng)的作用而加長(zhǎng)，使得材料的電阻率增加。若某種金屬或半導(dǎo)體材料的兩種載流子 (電子和空穴 )的遷移率十分懸殊，主要由遷移率較大的一種載流子引起電阻率變化 ,它可表示為： 22000 B??????????Ｂ ——為磁感應(yīng)強(qiáng)度； ρ——材料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ時(shí)的電阻率； ρ0 ——材料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0時(shí)的電阻率； μ——載流子的遷移率 。 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)霍耳效應(yīng)更為強(qiáng)烈。若在電子和空穴都存在的材料（如 InSb）中，則磁阻效應(yīng)很強(qiáng)。 磁阻效應(yīng)還與樣品的形狀 、 尺寸密切相關(guān) 。 這種與樣品形狀 、 尺寸有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱(chēng)為磁阻效應(yīng)的幾何磁阻效應(yīng) 。 長(zhǎng)方形磁阻器件只有在 L(長(zhǎng)度 )W（ 寬度 ）的條件下 ， 才表現(xiàn)出較高的靈敏度 。 把 LW的扁平器件串聯(lián)起來(lái) ， 就會(huì)零磁場(chǎng)電阻值較大 、 靈敏度較高的磁阻器件 。 圖 87（ a） 是沒(méi)有柵格的情況 ， 電流只在電極附近偏轉(zhuǎn) ， 電阻增加很小 。 在 LW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 ） ， 以短路霍耳電勢(shì) ， 這種柵格磁阻器件如圖 87（ b） 所示 ， 就相當(dāng)于許多扁條狀磁阻串聯(lián) 。 所以柵格磁阻器件既增加了零磁場(chǎng)電阻值 、 又提高了磁 L W B B 圖 87 幾何磁阻效應(yīng) I I （ a （ b 阻器件的靈敏度。 常用的磁阻元件有半導(dǎo)體磁阻元件和強(qiáng)磁磁阻元件。其內(nèi)部有制作成半橋或全橋等多種形式。 1 靈敏度特性 磁阻元件的靈敏度特性是用在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度下的電阻變化率來(lái)表示，即磁場(chǎng) ——電阻特性的斜率。常用 K表示，單位為mV/ 。在運(yùn)算時(shí)常用 RB/R0求得， R0表示無(wú)磁場(chǎng)情況下，磁阻元件的電阻值， RB為在施加 元件表現(xiàn)出來(lái)的電阻值，這種情況下，一般磁阻元件的靈敏度大于 。 （二） 磁阻元件的主要特性 2 磁場(chǎng) —電阻特性 圖 88磁阻元件 磁場(chǎng) —電阻特性 N級(jí) 0 R/Ω 1000 500 S級(jí) (a) S、 N級(jí)之間電阻特性 B/T 15 RB R0 10 5 溫度 (25℃ ) 弱磁場(chǎng)下呈平方特性變化 強(qiáng)場(chǎng)下呈直線特性變化 0 (b)電阻變化率特性 B/T 磁阻元件的電阻值與磁場(chǎng)的極性無(wú)關(guān)，它只隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加 在 ，曲線呈現(xiàn)平方特性，而超過(guò) 圖 89 強(qiáng)磁磁阻元件 電阻 磁場(chǎng)特性曲線 輸出電壓V 磁飽和點(diǎn) B=Bs 0 (b)磁場(chǎng) —輸出特性 H 圖 89顯示的是強(qiáng)磁磁阻元件的磁場(chǎng) ——電阻特性曲線。 從圖中可以看出它與圖 88（ a）曲線相反，即隨著磁場(chǎng)的增加，電阻值減少。并且在磁通密度達(dá)數(shù)十到數(shù)百高斯即飽和。一般電阻變化為百分之幾。 3 電阻 ——溫度特性 圖 810是一般半導(dǎo)體磁阻元件的電阻 ——溫度特性曲線，從圖中可以看出，半導(dǎo)體磁阻元件 103 8 4 2 102 4 2 10 6 40 0 20 60 100 溫度 /℃ 電阻變化率% 圖 810半導(dǎo)體元件電阻 溫度特性曲線 的溫度特性不好。圖中的電阻值在35℃ 的變化范圍內(nèi)減小了 1/2。因此，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。 圖 811是強(qiáng)磁磁阻元件的電阻 ——溫度特性曲線，圖中給出了采用恒流、恒壓供電方式時(shí)的溫度特性。 130 100 50 電阻變化率% 30 BX10
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