磁敏电阻和磁敏二极管

4．7．2　磁敏电阻和磁敏二极管

磁敏电阻及磁敏二极管的工作原理是基于磁阻效应。磁阻效应是某些金属、合金和半导体材料在磁场中电阻会发生变化的现象，其机理如下：霍尔元件中的载流子在平衡状态下受两个力的作用，即霍尔电场力和洛伦兹力的作用，当这两个力方向相反、大小相等时，载流子的运动方向将不变。但是，运动载流子的速度不是单一的，而呈统计规律。运动方向不变（准确地讲，是不能到达图4．36中所示的3和4端面）的载流子，只是具有某一速度间隔的载流子，而小于或大于此速度间隔的载流子将向电场正极或负极偏转。无论何种偏转，都会使电流减小，导致电阻增大。磁感应强度B越大，洛伦兹力也就越大，偏转的载流子就越多，电阻也就越大。这种规律与磁感应强度B的方向无关，因此霍尔元件电阻与磁感应强度的关系如图4．45所示，是一条与R轴对称的曲线。

图4．45　霍尔元件电阻与磁感应强度的关系

由于磁阻效应与器件的几何形状和结构有关，人们巧妙地利用这一特点，尽量消除霍尔效应，提高磁阻效应，使半导体器件的体电阻随磁感应强度的增加而增加得更大一些，从而制造成磁阻器件。图4．46是半导体磁阻器件的磁阻特性，其中D，P，L表示掺杂不同材料的磁阻器件。P28-D500是西门子公司的一种磁阻器件，它的典型性能指标为：零磁感应强度时，电阻R₀＝500Ω；B＝±0．3T时，R_B／R₀＝3．0～3．2；B＝±1T时，R_B／R₀＝13～18。

图4．46　半导体磁阻器件的磁阻特性

利用磁阻器件测量磁感应强度的优点是测量方便，但由于电阻与磁感应强度关系的非线性和磁阻比R_B／R₀受温度影响严重，限制了它的广泛应用。磁阻器件适用于低温和较强磁场的测量中。

磁敏二级管是一种半导体磁电传感元件，分为锗和硅磁敏二极管。图4．47是它的伏安特性及测试电路。通常采用电压绝对磁灵敏度S_B±来表示它的磁敏感特性，如图4．48所示。

式中：U_＋为B＝0．1T时正向管压降；U_－为B＝0T时正向管压降，称之为零场电压。

实用中，还常用磁敏电压ΔU与B的关系来表示磁敏二极管的敏感特性，如图4．48所示。磁敏二极管的伏安特性随温度变化而变化，锗管零场电压U₀的温度系数是负的，硅管零场电压U₀的温度系数是正的。

磁敏二极管可应用于磁感应强度的测量以及工业自动控制领域。国产硅磁敏二极管型号为2DCM。

图4．47　磁敏二极管的伏安特性及测试电路

图4．48　磁敏二极管的磁敏电压特性