第九章磁敏傳感器2023/2/12023/2/1在各種傳感器中，磁敏傳感器是使用得較早的一種，指南針便是最古老的磁敏傳感器。電流通過(guò)線圈時(shí)，在線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，若線圈中的磁通量發(fā)生變化，則線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是磁電感應(yīng)現(xiàn)象。因此線圈是將磁量變成電量的最簡(jiǎn)單的磁電轉(zhuǎn)換元件。如果將磁場(chǎng)加到半導(dǎo)體等材料上，材料的電性質(zhì)就發(fā)生變化，這就是磁電效應(yīng)。凡是利用磁電效應(yīng)構(gòu)成的傳感器稱為磁電式傳感器或磁敏傳感器。2023/2/1磁敏傳感器磁場(chǎng)電能測(cè)量原理：半導(dǎo)體材料中的自由電子及空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向結(jié)構(gòu)結(jié)型體型磁敏二極管磁敏三極管——霍爾傳感器磁敏電阻——

磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)1、磁現(xiàn)象：磁荷不能單獨(dú)存在，必須N、S成對(duì)存在，并且在閉區(qū)間表面全部磁束進(jìn)出總和必等于零，即divB=02、磁通(磁感應(yīng)強(qiáng)度)變化與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系：2023/2/12023/2/1霍爾元件一、霍爾效應(yīng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。2023/2/1霍爾元件二、霍爾元件工作原理：

如圖所示N型半導(dǎo)體薄片，于垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，在薄片左右兩端通以控制電流I。2023/2/1bIdUHfEvflB半導(dǎo)體中的載流子(電子)將沿著與電流I相反的方向運(yùn)動(dòng)。由于外磁場(chǎng)B的作用，使電子受到磁場(chǎng)力fL(洛侖茲力)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子積累帶負(fù)電，而前端面缺少電子帶正電，在前后斷面間形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力fE阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。2023/2/1分析：2023/2/1式中：-電子濃度

在半導(dǎo)體前后兩端面之間(即垂直于電流和磁場(chǎng)方向)建立電場(chǎng)，稱為霍爾電場(chǎng)EH，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)UH。2023/2/1RH—霍爾系數(shù)，取決于載流子材料的物理性質(zhì)，反映了材料的霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。n、RH，故金屬導(dǎo)體不適于制作霍爾元件，而半導(dǎo)體材料遷移率（尤其是N型半導(dǎo)體）大，故RH

。

kH—靈敏度系數(shù)，與載流材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)的大小；

SH表示單位電流、單位磁場(chǎng)作用下，開路的霍爾電勢(shì)輸出值。

SH與元件的厚度成反比，d、SH，但考慮提高靈敏度的同時(shí)，必須兼顧元件的強(qiáng)度和內(nèi)阻。dr內(nèi)阻

d

—薄片厚度。

UH＝KH

IB2023/2/1討論：任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，但不是都可以制造霍爾元件;絕緣材料電阻率ρ很大，電子遷移率μ很小，不適用；金屬材料電子濃度n很高，RH很小，UH很小,不適用;半導(dǎo)體材料電阻率ρ較大RH大，非常適于做霍爾元件，半導(dǎo)體中電子遷移率一般大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體（多電子）;由上式可見(jiàn)，厚度d越小，霍爾靈敏度KH越大，所以霍爾元件做的較薄，通常近似1微米(d≈1μm)。2023/2/1注：1、當(dāng)電流I的方向或磁場(chǎng)的方向改變時(shí)，輸出電勢(shì)的方向也將改變；但當(dāng)兩者的方向同時(shí)改變時(shí)輸出電勢(shì)不改變方向。2、如果磁場(chǎng)和薄片法線有θ角，那么：

VH＝KHIBcosθ2023/2/1a)實(shí)際結(jié)構(gòu)(mm)；(b)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2dsl（b）2.15.42.7AB0.20.50.3CD（a）w電流極霍爾電極R4三、霍爾元件的結(jié)構(gòu)2023/2/1材料：鍺、硅、砷化鎵、砷化銦、銻化銦靈敏度低、溫度特性及線性度好靈敏度最高、受溫度影響大2023/2/1霍爾器件符號(hào)ACDBHABCDABCD霍爾晶體的外形為矩形薄片有四根引線。電流端子A、B稱為器件電流端、控制電流端。端子C、D稱為霍爾端或輸出端。實(shí)測(cè)中可把I*B作輸入，也可把I或B單獨(dú)做輸入；通過(guò)霍爾電勢(shì)輸出測(cè)量結(jié)果。2023/2/1四、主要技術(shù)參數(shù)及特性（1）額定激勵(lì)電流IH——霍爾元件的允許溫升規(guī)定著一個(gè)最大控制電流。（2）不平衡電勢(shì)U0不等位電勢(shì)、零位電勢(shì)——IH、B=0、空載霍爾電勢(shì)原因：兩個(gè)霍爾電極不在同一等位面上材料不均勻、工藝不良（3）輸入電阻Ri、輸出電阻R0Ri——

控制電流電極間的電阻R0——

輸出霍爾電勢(shì)電極間的電阻B=0歐姆表2023/2/1（4）基本特性直線性：指霍爾器件的輸出電勢(shì)UH分別和基本參數(shù)

I、U、B之間呈線性關(guān)系。靈敏度KH：

乘積靈敏度：霍爾元件的輸出電壓要由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和控制電流I的乘積來(lái)確定,表示霍爾電勢(shì)UH與兩者乘積之間的比值，通常以mV/(mA·0.1T)。UH＝KH

IB2023/2/1KB——磁場(chǎng)靈敏度，通常以額定電流為標(biāo)準(zhǔn)。磁場(chǎng)靈敏度等于霍爾元件通以額定電流時(shí)每單位磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的霍爾電勢(shì)值。常用于磁場(chǎng)測(cè)量等情況。KI——電流靈敏度，電流靈敏度等于霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下電流對(duì)應(yīng)的霍爾電勢(shì)值。若控制電流值固定，則：UH＝KBB若磁場(chǎng)值固定，則：UH＝KII2023/2/1VHR3VBIEIH霍爾器件的基本電路R控制電流I；霍爾電勢(shì)VH；控制電壓V；霍爾負(fù)載電阻R3；霍爾電流IH。

圖中控制電流I由電源E供給,R為調(diào)節(jié)電阻,保證器件內(nèi)所需控制電流I。霍爾輸出端接負(fù)載R3,R3可是一般電阻或放大器的輸入電阻、或表頭內(nèi)阻等。磁場(chǎng)B垂直通過(guò)霍爾器件。五、基本電路2023/2/1六、霍爾元件的誤差及其補(bǔ)償

產(chǎn)生誤差的原因：一是制作工藝、制作水平的限制。二是外界溫度的影響。（一）零位誤差

1、不等位電勢(shì)U0及其補(bǔ)償

B=0，I≠0，UH=U0≠0。U0為不等位電勢(shì)。2023/2/1產(chǎn)生原因：①霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上，或激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。2023/2/1產(chǎn)生原因：②半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻，

等電位面歪斜。2023/2/1不等位電勢(shì)的補(bǔ)償：不等位電勢(shì)可表示為U0=r0IH(r0為不等位電阻)分析不等位電勢(shì)時(shí)可把霍爾元件等效為一個(gè)電橋，不等位電壓相當(dāng)于橋路初始有不平衡輸出U0≠0，可在電阻大的橋臂上并聯(lián)電阻。2023/2/12023/2/1（二）霍爾元件溫度誤差及補(bǔ)償

霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的,因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化時(shí),霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化,致使霍爾電動(dòng)勢(shì)變化，產(chǎn)生溫度誤差。以下是幾種補(bǔ)償方法：2023/2/11、采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻思路：由UH=KHIB可見(jiàn)恒流源I供電可使UH穩(wěn)定，但靈敏度系數(shù)KH=RH/d=ρμ/d也是溫度的函數(shù)：Tρμ，溫度T變化時(shí)靈敏度KH也變化。多數(shù)霍爾器件是正溫度系數(shù)，TKH

，可通過(guò)減小I保持KH*I不變，抵消溫度造成KH增加的影響。2023/2/11、采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻2023/2/1

溫度時(shí)，元件靈敏度系數(shù)為,輸入電阻為，溫度為t時(shí)，他們分別為，因?yàn)橐虼嘶魻栐?nèi)阻溫度系數(shù)霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)確定并聯(lián)電阻的值：2023/2/1溫度為t時(shí)溫度時(shí)為了使霍爾電勢(shì)不隨溫度而變化，必須保證2023/2/1將有關(guān)式代入可得通常霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)遠(yuǎn)小于霍爾元件內(nèi)阻溫度系數(shù)，因此霍爾元件內(nèi)阻溫度系數(shù)霍爾電勢(shì)的溫度系數(shù)2023/2/1（一）霍爾式位移傳感器①霍爾元件處于中間位置位移Δx=0時(shí)，由于B=0，所以UH=0②霍爾元件右移,Δx>0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向上,B≠0，UH>0③霍爾元件左移，Δx<0，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B向下,B≠0，UH<0。七、霍爾傳感器的應(yīng)用2023/2/1磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性越好測(cè)量范圍：1~2mm2023/2/12、霍爾壓力傳感器工作原理：把壓力先轉(zhuǎn)換成位移，應(yīng)用霍爾電勢(shì)與位移的關(guān)系測(cè)量壓力。3、霍爾磁極檢測(cè)器(圖4.43)工作原理：在控制電流一定的情況下，通過(guò)霍爾電壓的極性可判斷磁場(chǎng)的方向，即確定磁鐵磁極。霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理

2023/2/14、轉(zhuǎn)速測(cè)量永磁體安裝在軸端永磁體安裝在軸側(cè)2023/2/15、測(cè)量電流測(cè)量大直流電流（10kA），霍爾元件測(cè)量電流原理：檢測(cè)通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)導(dǎo)線旁測(cè)法簡(jiǎn)單、測(cè)量精度差、受外界干擾大2023/2/1（2）導(dǎo)線貫穿磁芯法環(huán)形鐵芯集中磁力線，提高電流測(cè)量精度由霍爾元件裝配鍵體而成的開關(guān)電鍵。工作原理：用磁體作為觸發(fā)媒介，當(dāng)磁體接近霍爾電路時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)電平信號(hào)，霍爾按鍵就是依靠改變磁體的相對(duì)位置來(lái)觸發(fā)電信號(hào)的。特點(diǎn)：無(wú)觸點(diǎn)按鍵開關(guān)2023/2/16、霍爾開關(guān)按鍵2023/2/1霍爾效應(yīng)集成電路技術(shù)開關(guān)信號(hào)磁敏傳感器

霍爾開關(guān)集成傳感器是利用霍爾效應(yīng)與集成電路技術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信息有關(guān)的物理量(測(cè)轉(zhuǎn)速、開關(guān)控制、判斷NS極性)，并以開關(guān)信號(hào)形式輸出，分為常開、常閉型兩種。

八、霍爾集成傳感器2023/2/1

由穩(wěn)壓電路、霍爾元件、放大器、整形電路、開路輸出五部分組成。穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作；開路輸出可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。1．霍爾開關(guān)集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理霍爾開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖23輸出+－穩(wěn)壓VCC1霍爾元件放大BT整形地H2023/2/1霍爾開關(guān)集成傳感器的原理及工作過(guò)程：當(dāng)有磁場(chǎng)作用在傳感器上時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾元件輸出霍爾電壓VH，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路。當(dāng)放大后的VH電壓大于“開啟”閾值時(shí)，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使半導(dǎo)體管V導(dǎo)通，且具有吸收電流的負(fù)載能力，這種狀態(tài)我們稱它為開狀態(tài)。當(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，霍爾元件輸出的VH電壓很小，經(jīng)放大器放大后其值也小于施密特整形電路的“關(guān)閉”閾值，施密特整形器再次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，使半導(dǎo)體管V截止，這種狀態(tài)我們稱它為關(guān)狀態(tài)。這樣，一次磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成了一次開關(guān)動(dòng)作。2023/2/1

3020T輸出VoutR=2kΩ+12V123（b）應(yīng)用電路

（a）外型

霍爾開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電路1232023/2/12、工作特性121086420——

工作點(diǎn)“開”——

釋放點(diǎn)“關(guān)”——

磁滯高低，開狀態(tài)低高，關(guān)狀態(tài)2023/2/1注：該曲線反映了外加磁場(chǎng)與傳感器輸出電平的關(guān)系。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度高于BOP時(shí)，輸出電平由高變低，傳感器處于開狀態(tài)。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度低于BRP時(shí)，輸出電平由低變高，傳感器處于關(guān)狀態(tài)。

霍爾開關(guān)集成傳感器的技術(shù)參數(shù)：工作電壓、磁感應(yīng)強(qiáng)度、輸出截止電壓、輸出導(dǎo)通電流、工作溫度、工作點(diǎn)。2023/2/12023/2/1磁阻元件一種電阻隨磁場(chǎng)變化而變化的磁敏元件，也稱MR元件。它的理論基礎(chǔ)為磁阻效應(yīng)。（一）磁阻效應(yīng)

載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中,除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外,導(dǎo)體中載流子因受洛侖茲力作用要發(fā)生偏轉(zhuǎn),載流子運(yùn)動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化,起到了加大電阻的作用,磁場(chǎng)越強(qiáng)增大電阻的作用越強(qiáng)。外加磁場(chǎng)使導(dǎo)體(半導(dǎo)體)電阻隨磁場(chǎng)增加而增大的現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。2023/2/1磁阻效應(yīng)方程：溫度恒定、弱磁場(chǎng)、只有電子導(dǎo)電——

磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)的電阻率——

零磁場(chǎng)下的電阻率——

電子遷移率——

磁感應(yīng)強(qiáng)度式中，電阻率變化電阻率相對(duì)變化磁敏電阻：InSb、InAs2023/2/12023/2/12023/2/1磁敏電阻的應(yīng)用磁敏電阻可以用來(lái)作為電流傳感器、磁敏接近開關(guān)、角速度/角位移傳感器、磁場(chǎng)傳感器等。可用于開關(guān)電源、UPS、變頻器、伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、家庭網(wǎng)絡(luò)智能化管理、電度表、電子儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、智能機(jī)器人、電梯、智能住宅、機(jī)床、工業(yè)設(shè)備、斷路器、防爆電機(jī)保護(hù)器、家用電器、電子產(chǎn)品、電力自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)床、遠(yuǎn)程抄表、儀器、自動(dòng)測(cè)量、地磁場(chǎng)的測(cè)量、探礦等。2023/2/1磁敏二極管

1．磁敏二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）磁敏二極管的結(jié)構(gòu)

磁敏二極管的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)(a)結(jié)構(gòu);(b)電路符號(hào)+（b）H+H-N+區(qū)p+區(qū)i區(qū)r區(qū)電流（a）2023/2/1特點(diǎn)：磁敏二極管的PN結(jié)有很長(zhǎng)的基區(qū)，大于載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，基區(qū)是由接近本征半導(dǎo)體的高阻材料構(gòu)成的。結(jié)構(gòu)：在本征半導(dǎo)體的兩端用合金法制成高摻雜的P型和N型兩個(gè)區(qū)域，并在本征區(qū)（i）區(qū)的一個(gè)側(cè)面上，設(shè)置粗糙的高復(fù)合區(qū)(r區(qū))，而與r區(qū)相對(duì)的另一側(cè)面，保持為光滑無(wú)復(fù)合表面。這就構(gòu)成了磁敏二極管的管芯。2023/2/1（2）磁敏二極管的工作原理

當(dāng)磁敏二極管的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極即外加正偏壓時(shí)，隨著磁敏二極管所受磁場(chǎng)的變化，流過(guò)二極管的電流也在變化，也就是說(shuō)二極管等效電阻隨著磁場(chǎng)的不同而不同。為什么磁敏二極管會(huì)有這種特性呢?下面作一下分析。2023/2/1PNPNPNH=0H+H-→→→←←←電流電流電流(a)(b)(c)iii電子孔穴復(fù)合區(qū)磁敏二極管的工作原理示意圖磁場(chǎng)H=0：少量電子和空穴在I區(qū)、r區(qū)復(fù)合，大部分P區(qū)空穴N區(qū)電子形成電流。正向磁場(chǎng)H+：電子和空穴由于洛侖茲力作用偏向r區(qū)，并在r區(qū)很快復(fù)合，I區(qū)載流子減小，電阻增大，電流減小，壓降增加。反向磁場(chǎng)H-：電子和空穴偏向r區(qū)對(duì)面，復(fù)合減少，I區(qū)載流子增加，電阻減小，電流增加，壓降減小。2023/2/1結(jié)論(磁敏二極管工作原理)：隨著磁場(chǎng)大小和方向的變化，可產(chǎn)生正負(fù)輸出電壓的變化，特別是在較弱的磁場(chǎng)作用下，可獲得較大輸出電壓。若r區(qū)和r區(qū)之外的復(fù)合能力之差越大，那么磁敏二極管的靈敏度就越高。磁敏二極管反向偏置時(shí)，則在r區(qū)僅流過(guò)很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。因而二極管兩端電壓不會(huì)因受到磁場(chǎng)作用而有任何改變。2023/2/1

2．磁敏二極管的主要特性（1）伏安特性

。213579U/VI/mA00.2T0.15T0.1T0.05T-0.05T-0.1T-0.15T-0.2T0磁敏二極管伏安特性曲線（a）鍺磁敏二極管

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。2023/2/1磁敏二極管伏安特性曲線（b）硅二極管531I/mA46810U/V-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40

硅磁敏二極管的伏安特性有兩種形式：

一種如圖（b）所示，開始在較大偏壓范圍內(nèi)，電流變化比較平坦，隨外加偏壓的增加，電流逐漸增加；此后，伏安特性曲線上升很快，表現(xiàn)出其動(dòng)態(tài)電阻比較小。2023/2/1磁敏二極管伏安特性曲線（c）硅二極管-0.2531I/mA481216U/V-0.100.10.40.30.2-0.30

另一種如圖(c)所示。硅磁敏二極管的伏安特性曲線上有負(fù)阻現(xiàn)象，即電流急增的同時(shí)，有偏壓突然跌落的現(xiàn)象。

產(chǎn)生負(fù)阻現(xiàn)象的原因是高阻硅的熱平衡載流子較少，且注入的載流子未填滿復(fù)合中心之前，不會(huì)產(chǎn)生較大的電流，當(dāng)填滿復(fù)合中心之后，電流才開始急增。2023/2/1（2）磁電特性在給定條件下，磁敏二極管的輸出電壓變化量與外加磁場(chǎng)間的變化關(guān)系，叫做磁敏二極管的磁電特性。具有正反磁靈敏度，這是磁阻元件欠缺的。但正向磁靈敏度大于反向磁靈敏度，需互補(bǔ)使用。

2023/2/1

磁敏二極管的磁電特性曲線（a）單個(gè)使用時(shí)B/0.1T1.02.03.0-1.0-2.00.40.81.21.62.0-0.4-0.8-1.2-1.6-2.0ΔU/V

磁敏二極管單個(gè)使用時(shí)的磁電特性曲線：特點(diǎn)：?jiǎn)蝹€(gè)使用時(shí)，正向磁靈敏度大于反向磁靈敏度；2023/2/1

磁敏二極管的磁電特性曲線（b）互補(bǔ)使用時(shí)B/0.1T2.0-1.0-2.00.40.81.21.62.0-0.4-0.8-1.2-1.6-2.01.0ΔU/V

磁敏二極管互補(bǔ)使用時(shí)的磁電特性曲線：特點(diǎn)：互補(bǔ)使用時(shí)，正向特性曲線與反向特性曲線基本對(duì)稱。磁場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，曲線有飽和趨勢(shì)；但在弱磁場(chǎng)下，曲線有較好的線性。2023/2/1（3）溫度特性溫度特性是指在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，輸出電壓變化量（或無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)中點(diǎn)電壓）隨溫度變化的規(guī)律，如下圖所示：2023/2/1ΔU/VT/℃020400.20.40.60.81.0E=6VB=0.1T8060-20I/mA-5-4-3-2-1I磁敏二極管溫度特性曲線(單個(gè)使用時(shí))ΔU由圖可見(jiàn)，磁敏二極管受溫度的影響較大。2023/2/1（4）磁靈敏度磁敏二極管的三種磁靈敏度：

(a)電壓相對(duì)磁靈敏度（Su）:

在恒流條件下，偏壓隨磁場(chǎng)的變化,即：u0—磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，二極管兩端的電壓；uB—磁場(chǎng)強(qiáng)度為B時(shí)，二極管兩端的電壓。(b)電流相對(duì)磁靈敏度（Si）:

在恒壓條件下，偏流隨磁場(chǎng)的變化,即：2023/2/1I0—磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，通過(guò)二極管的電流；IB—磁場(chǎng)強(qiáng)度為B時(shí)，通過(guò)二極管的電流。2023/2/1(c)

按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，在給定電壓源E和負(fù)載電阻R的條件下，電壓相對(duì)磁靈敏度和電流相對(duì)磁靈敏度定義如下：特別注意:如果使用磁敏二極管時(shí)的情況和元件出廠的測(cè)試條件不一致時(shí)，應(yīng)重新測(cè)試其靈敏度。(5)

磁敏二極管的溫度補(bǔ)償技術(shù)：由于磁敏二極管受溫度的影響較大，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)帶來(lái)很大的誤差，為了提高測(cè)試精度，必須進(jìn)行補(bǔ)償處理，補(bǔ)償電路有：

互補(bǔ)式、半橋式、全橋式、熱敏電阻式2023/2/12023/2/1磁敏三極管

1．磁敏三極管的結(jié)構(gòu)與原理（1）磁敏三極管的結(jié)構(gòu)

NPN型磁敏三極管是在弱P型近本征半導(dǎo)體上，用合金法或擴(kuò)散法形成三個(gè)極——即發(fā)射極、基極、集電極所形成的半導(dǎo)體元件。在長(zhǎng)基區(qū)的側(cè)面制成一個(gè)復(fù)合速率很高的高復(fù)合區(qū)r。長(zhǎng)基區(qū)分為輸運(yùn)基區(qū)和復(fù)合基區(qū)兩部分。2023/2/1圖2.6-33NPN型磁敏三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)a)結(jié)構(gòu)b)符號(hào)rN+N+ceH-H+P+bceba）b）i2023/2/1

當(dāng)不受磁場(chǎng)作用時(shí)，由于磁敏三極管的基區(qū)寬度大于載流子有效擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而注入的載流子除少部分輸入到集電極c外，大部分通過(guò)e—i—b而形成基極電流。顯而易見(jiàn)，基極電流大于集電極電流。所以，電流放大系數(shù)=Ic／Ib＜1。復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)（2）磁敏三極管的工作原理2023/2/1

當(dāng)受到H＋磁場(chǎng)作用時(shí)，由于洛侖茲力作用，載流子向發(fā)射結(jié)一側(cè)偏轉(zhuǎn)，從而使集電極電流明顯下降。當(dāng)受H-磁場(chǎng)使用時(shí)，載流子在洛侖茲力作用下，向集電結(jié)一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電極電流增大。復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)總結(jié)：

磁敏三極管與磁敏二極管的工作原理完全相同，在正向或負(fù)向磁場(chǎng)作用下，會(huì)引起集電極電流的減少或增加。因此，可用磁場(chǎng)方向控制集電極電流的增加或減少，用磁場(chǎng)的強(qiáng)弱控制集電極電流的變化量。2023/2/12023/2/12．磁敏三極管的主要特性

（1）伏安特性

/b=5mAIb=4mAIb=3mAIb=2mAIb=1mAIb=0mAIC1.00.80.60.40.20246810VCE/V/mAVCE/VIb=3mAB-=－0.1TIb=3mAB=0Ib=3mAB+=0.1T2468101.00.80.60.40.20IC/mA圖2.6-35磁敏三極管伏安特性曲線磁敏三極管在基極恒流條件下(Ib=3mA)的集電極電流的變化；磁敏三極管不受磁場(chǎng)作用時(shí)磁敏三極管的伏安特性曲線。2023/2/1（2）磁電特性

磁電特性是磁敏三極管最重要的工作特性。3BCM(NPN型)鍺磁敏三極管的磁電特性曲線如圖所示:B/0.1TΔIc/mA0.50.40.30.20.115234-1-2-3圖2.6-363BCM磁敏三極管電磁特性由圖可見(jiàn)，在弱磁場(chǎng)作用時(shí)，曲線近似于一條直線。2023/2/1（3）磁靈敏度磁敏三極管的磁靈敏度有正向靈敏度和負(fù)向靈敏度兩種。其定義如下：

—受正向磁場(chǎng)B+作用時(shí)的集電極電流；

—受反向磁場(chǎng)B-作用時(shí)的集電極電流；

—不受磁場(chǎng)作用時(shí)，在給定基流情況下的集電極輸出電流。(2.6-32)2023/2/1(4)溫度特性

磁敏三極管對(duì)溫度也是敏感的。

圖2.6-373BCM磁敏三極管的溫度特性(a)基極電源