磁敏傳感器介紹(編輯修改稿)
2024-11-16 14:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 當(dāng)然也可多于兩個(gè)漏極 )。未加磁場(chǎng)時(shí)，漏極電流ID1=ID2=ID/2，加上垂直于芯片表面的磁場(chǎng)后，由于洛侖茲力的偏轉(zhuǎn)作用，使 ID1≠ID2， ID1增大多少， ID2就減小多少， ID1ID和外加磁場(chǎng)成比例，可作為磁場(chǎng)的量度。 ? 磁敏晶體管 ? 將晶體管作成對(duì)稱的雙集電極結(jié)構(gòu)，未加磁場(chǎng)時(shí) IC1=IC2，加上和芯片表面垂直的磁場(chǎng)后， IC1IC2和磁場(chǎng)成比例，可作為磁場(chǎng)的量度。 ? 已有的多種樣式的磁敏晶體管，同時(shí)垂直磁敏晶體管也已研究成功 ? 載流子疇磁強(qiáng)計(jì) ? pnpn四層結(jié)構(gòu) (也有用三層結(jié)構(gòu)的 )，采用雙向注入。載流子疇是由高濃度的非平衡載流子形成的線狀等離子區(qū)。在磁場(chǎng)作用下，該線狀載流子疇會(huì)整體地發(fā)生位移，產(chǎn)生電流差，可用來(lái)度量磁場(chǎng)。它的靈敏度高，而且，若將器件作成圓形，在磁場(chǎng)作用下可令載流子疇在其中旋轉(zhuǎn)，用多個(gè)收集極來(lái)接收電流，疇每通過(guò)一個(gè)收集極便給出一個(gè) 脈沖，因此，可獲得與被測(cè)磁場(chǎng)成比例的頻率輸出信號(hào)。 ? Z元件 ? 它是一個(gè)改性 PN結(jié)元件，它是 p+pnin+ 的四層結(jié)構(gòu)，其核心部位是 n型高阻硅 ni區(qū)，稱為摻金 γ硅區(qū)。摻金引入的深能級(jí)將高阻 n區(qū)補(bǔ)償為 n型，甚至變?yōu)楸菊?i型。用這種結(jié)構(gòu)獲得了稱為 “ L型 ”的伏安特性。該特性分為三個(gè)工作區(qū) — Ml為高阻區(qū)、 M2為負(fù)阻區(qū)、M3為低阻區(qū)；四個(gè)特征參數(shù) — Vth為閾值電壓、 Ith為閾值電流、 Vf為導(dǎo)通電壓、 If為導(dǎo)通電流；兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài) — 高阻態(tài)和低阻態(tài)。 ? 半導(dǎo)體磁敏集成電路 ? 以霍爾片為敏感頭，加上各種保障電路 (例如調(diào)整、補(bǔ)償和保護(hù)等電路 )和信號(hào)處理電路 (例如放大器、施密特觸發(fā)器、帶通濾波器和輸出器等電路 )構(gòu)成各種功能電路，包括霍爾線性電路、霍爾開(kāi)關(guān)電路、霍爾功率電路、霍爾微功耗電路、霍爾齒輪傳感器電路、霍爾磁羅盤和霍爾三維磁強(qiáng)計(jì)等等，大大地拓寬了霍爾片的使用范圍。 ? 現(xiàn)在，我們來(lái)介紹一種輸出頻率信號(hào)的霍爾電路。它用霍爾片做傳感頭，將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再用一個(gè) PNP管進(jìn)行電壓 電流變換，用輸出的電流去控制兩個(gè)用 I2L技術(shù)制成的環(huán)形振蕩器；用它們的差頻來(lái)做輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電流 頻率的變換。這些變換都是線性的。因此，可以得到磁場(chǎng) 頻率的線性關(guān)系。它的工作原理見(jiàn)圖 15。 ? 這里的頻率信號(hào)，以脈沖計(jì)數(shù)來(lái)作為載體，因?yàn)槭菙?shù)字信號(hào)，在傳輸時(shí)，不易受到干擾，且易于與計(jì)算機(jī)兼容，接口轉(zhuǎn)換非常簡(jiǎn)單。隨著微機(jī)控制應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)這類器件的需求會(huì)越來(lái)越大。 ? 除可以用霍爾片作敏感頭之外，磁敏晶體管等也可以作為敏感頭來(lái)構(gòu)成許多集成電路，例如磁敏運(yùn)算放大器，三維磁強(qiáng)計(jì)和輸出頻率信號(hào)的集成磁傳感器等。 三、半導(dǎo)體磁傳感器的特點(diǎn) ? 半導(dǎo)體磁傳感器的優(yōu)勢(shì)在于，它們的制造技術(shù)和微電子集成電路技術(shù)兼容，可以量產(chǎn)，大幅降低了生產(chǎn)成本；輸出信號(hào)可供計(jì)算機(jī)和各種儀器設(shè)備直接使用，非常方便；抗蝕性強(qiáng)，磁場(chǎng)對(duì)器件的作用不受使用環(huán)境中的光線、塵埃、油污、鹽霧及其它化學(xué)氣氛的影響；結(jié)構(gòu)牢固、耐震動(dòng)、耐沖擊和壽命長(zhǎng)。 ? 霍爾器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，能檢測(cè)從 107T~25T的磁場(chǎng)，有效工作容積?。蛇_(dá) 1mm180。1mm180。1mm），空間分辨率和時(shí)間分辯率極高。它們的工作頻率高，可達(dá) 1MHz，頻帶很寬，可檢測(cè)從恒定磁場(chǎng)到 1MHz的交變磁場(chǎng)；線性度也很好，可達(dá) %；且穩(wěn)定性良好，可靠性高，可在地面、海上、天空、空間和科學(xué)研究的各種嚴(yán)酷的環(huán)境中工作。
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