磁敏電阻

幾何磁阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料磁阻效應(yīng)，與半導(dǎo)磁敏電阻的用途頗廣，這里將簡要介紹七種應(yīng)用。

1． 作控制元件

可將磁敏電阻用于交流變換器、頻率變換器、功率電壓變換器、磁通密度電壓變換器和位移電壓變換器等等。

2．作計量元件

可將磁敏電阻用于磁場強度測量、位移測量、頻率測量和功率因數(shù)測量等諸多方面。

3．作模擬元件

可在非線性模擬、平方模擬、立方模擬、三次代數(shù)式模擬和負阻抗模擬等方面使用。

4．作運算器

可用磁敏電阻在乘法器、除法器、平方器、開平方器、立方器和開立方器等方面使用。

5．作開關(guān)電路

在接近開關(guān)、磁卡文字識別和磁電編碼器等方面。

圖3是磁敏電阻作為接近開關(guān)使用的典型應(yīng)用電路。在這里，為了提高檢測靈敏度，在選用銻化銦磁敏電阻時，應(yīng)選用磁阻比值較大的，或采用磁能積較大的永久磁鐵。圖4是采用三端差分型磁敏電阻組成的識別磁性油墨濃度、文字、圖形等的識別電路，它能輸出O．1～1．5mV的電平，當頻率在100～5000Hz的范圍內(nèi)．可得到約90dB的增益。

6．作磁敏傳感器

用磁敏電阻作核心元件的各種磁敏傳感器，其工作原理都是相同的．只是根據(jù)用途、結(jié)構(gòu)不同而種類各異。

磁敏傳感器的工作原理如圖5所示。其中的磁敏電阻是由Ra與Rb構(gòu)成的三端式差分元件，且阻值相等，①端與③端為電壓輸入端，②端和③端(或②端和①端)為輸出端。這樣．由Ra和Rb構(gòu)成一個分壓電路。永久磁鋼的面積與Ra及Rb的面積相等．然后它覆蓋在Ra和Rb上面，僅留一個微小的間隙以便能左右移動。若是Ra或Rb的磁阻比RB/RO=B，當永久磁鋼完全覆蓋在Ra上，②端和③端的輸出電壓最小；當永久磁鋼完全覆蓋在Rb上時，②端與③端輸出電壓最大；當永久磁鐵處于中央位置，就是將Ra和Rb各覆蓋一半時輸出電壓恰好等于輸入電壓的/2。

7．作無觸點電位器

用磁敏電阻作無觸點電位器的原理同圖5．只是將磁敏電阻Ra和Rb分別做成了兩個圓形·組合在一起成了一個圓環(huán)，永久磁鐵為一個面積與上述磁敏電阻面積相等的半圓。永久磁鐵的位移不是直線式而是360度旋轉(zhuǎn)式，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。當永久磁鋼完全覆蓋Ra時．輸出電壓最小，當永久磁鋼沿順時針旋轉(zhuǎn)90度，恰好覆蓋Ra、Rb各1/2，則輸出電壓為輸入電壓的1/2；當Rb全部被永久磁鋼覆蓋時．此時輸出電壓最大。

磁敏電阻器是利用磁阻效應(yīng)制成的，其阻值會隨穿過它的磁通量密度的變化而變化。

半導(dǎo)體磁阻元件在弱磁場中的電阻率p與磁感應(yīng)強度B之間有如下的關(guān)系BR>式中:ρ---在磁場中的電阻率;

ρ。--無磁場時的電阻率;

p---半導(dǎo)體中空穴載流子數(shù)量;

N---半導(dǎo)體中電子載流子數(shù)量;

μn、μP--載流子的遷移率;

B---磁感應(yīng)強度。

從上式可以看出，當半導(dǎo)體材料確定時，磁敏電阻器的阻值與磁感應(yīng)強度呈平方關(guān)系。

上式僅適用于弱磁場，在強磁場下，磁敏電阻器的阻值與磁感應(yīng)強度呈線性關(guān)系。　磁敏電阻器多采用銻化鋼(InSb)半導(dǎo)體材料制造。

它主要用于測定磁場強度、測量頻率和功率等的測量技術(shù)，運算技術(shù)，自動控制技術(shù)以及信息處理技術(shù)，并可用于制作無觸點開關(guān)和可變元接觸電位器等。

磁敏電阻(Magnetic Resistance)是利用半導(dǎo)體的磁阻效應(yīng)制造的，常用InSb(銻化銦)材料加工而成。半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)包括物理磁阻效應(yīng)和幾何磁阻效應(yīng)。其中物理磁阻效應(yīng)又稱為磁電阻率效應(yīng)。

磁敏電阻是利用半導(dǎo)體的磁阻效應(yīng)制造的，常用InSb(銻化銦)材料加工而成。半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)包括物理磁阻效應(yīng)和幾何磁阻效應(yīng),其中物理磁阻效應(yīng)又稱為磁電阻率效應(yīng)。

在一個長方形半導(dǎo)體InSb片中，沿長度方向有電流通過時，若在垂直于電流片的寬度方向上施加一個磁場，半導(dǎo)體InSb片長度方向上就會發(fā)生電阻率增大的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就稱為物理磁阻效應(yīng)。

阻值隨著光線的強弱而發(fā)生變化的電阻器. 分為可見光光敏電阻、紅外光光敏電阻、紫外光光敏電阻.選用時先確定電路的光譜特性.

如果您打算在整個溫度范圍內(nèi)均使用熱敏電阻溫度傳感器件，那么該器件的設(shè)計工作會頗具挑戰(zhàn)性。熱敏電阻通常為一款高阻抗、電阻性器件，因此當您需要將熱敏電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓值時，該器件可以簡化其中的一個接口問題。然而更具挑戰(zhàn)性的接口問題是，如何利用線性 ADC 以數(shù)字形式捕獲熱敏電阻的非線性行為。

"熱敏電阻"一詞源于對"熱度敏感的電阻"這一描述的概括。熱敏電阻包括兩種基本的類型，分別為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻。負溫度系數(shù)熱敏電阻非常適用于高精度溫度測量。要確定熱敏電阻周圍的溫度，您可以借助Steinhart-Hart公式:T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))來實現(xiàn)。其中，T為開氏溫度;RT為熱敏電阻在溫度T時的阻值;而 A0、A1和A3則是由熱敏電阻生產(chǎn)廠商提供的常數(shù)。

熱敏電阻的阻值會隨著溫度的改變而改變，而這種改變是非線性的，Steinhart-Hart公式表明了這一點。在進行溫度測量時，需要驅(qū)動一個通過熱敏電阻的參考電流，以創(chuàng)建一個等效電壓，該等效電壓具有非線性的響應(yīng)。您可以使用配備在微控制器上的參照表，嘗試對熱敏電阻的非線性響應(yīng)進行補償。即使您可以在微控制器固件上運行此類算法，但您還是需要一個高精度轉(zhuǎn)換器用于在出現(xiàn)極端值溫度時進行數(shù)據(jù)捕獲。

另一種方法是，您可以在數(shù)字化之前使用"硬件線性化"技術(shù)和一個較低精度的 ADC。(Figure 1)其中一種技術(shù)是將一個電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源進行串聯(lián)(見圖1)。將 PGA(可編程增益放大器)設(shè)置為1V/V，但在這樣的電路中，一個10位精度的ADC只能感應(yīng)很有限的溫度范圍(大約±25°C)。

Figure 1,請注意，在圖1中對高溫區(qū)沒能解析。但如果在這些溫度值下增加 PGA 的增益，就可以將 PGA 的輸出信號控制在一定范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi) ADC 能夠提供可靠地轉(zhuǎn)換，從而對熱敏電阻的溫度進行識別。

微控制器固件的溫度傳感算法可讀取 10 位精度的 ADC 數(shù)字值，并將其傳送到PGA 滯后軟件程序。PGA 滯后程序會校驗 PGA 增益設(shè)置，并將 ADC 數(shù)字值與圖1顯示的電壓節(jié)點的值進行比較。如果 ADC 輸出超過了電壓節(jié)點的值，則微控制器會將 PGA 增益設(shè)置到下一個較高或較低的增益設(shè)定值上。如果有必要，微控制器會再次獲取一個新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值會被傳送到一個微控制器分段線性內(nèi)插程序。

從非線性的熱敏電阻上獲取數(shù)據(jù)有時候會被看作是一項"不可能實現(xiàn)的任務(wù)"。您可以將一個串聯(lián)電阻、一個微控制器、一個 10 位 ADC 以及一個 PGA 合理的配合使用，以解決非線性熱敏電阻在超過±25°C溫度以后所帶來的測量難題。

伏安特性

和普通晶體管的伏安特性曲線類似。由圖可知，磁敏三極管的電流放大倍數(shù)小于1。

磁電特性

華文中宋磁敏三極管的磁電特性是應(yīng)用的基礎(chǔ)，右圖為國產(chǎn)NPN型3BCM(鍺)磁敏三極管的磁電特性，在弱磁場作用下，曲線接近一條直線。

溫度特性及其補償

華文中宋磁敏三極管對溫度比較敏感，使用時必須進行溫度補償。對于鍺磁敏三極管如3ACM、3BCM，其磁靈敏度的溫度系數(shù)為0.8%/0C;硅磁敏三極管(3CCM)磁靈敏度的溫度系數(shù)為-0.6%/0C 。因此，實際使用時必須對磁敏三極管進行溫度補償。