第7章-磁敏传感器.ppt

2017-1-5 1 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院第7章磁敏传感器 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应 霍尔元件 磁阻元件 磁敏二极管 磁敏三极管 磁敏传感器的应用 2017-1-5 2 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院 磁敏传感器的物理基础——霍尔、磁阻、形状效应 基础知识在了解和学****磁敏传感器之前, 先让我们回顾以下磁现象及其有关公式。磁现象和电现象不同, 它的特点之一是磁荷( ic Charge ) 不能单独存在, 必须是 N、S 成对存在(而电荷则不然, 正电荷和负电荷可以单独存在) , 并且在闭区间表面全部磁束(磁力线)的进出总和必等于零,即 div B =0 。 2017-1-5 3 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院磁感应强度、电场强度、力三者的关系可由公式表示为该式表示运动电荷 e 从电场 E 受到的力和磁场(磁感应强度 B) 存在时电流 ev(v 为电荷速度) 所受到的力, 其中第二项称为洛伦兹力。与这个洛伦兹力相抗衡而产生的相反方向的电动势就是后面我们将要介绍的霍尔电压。 evB eE BvEeF?????)( 2017-1-5 4 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院电感 L、电流 I与它们产生的磁束Φ之间的关系可表示为Φ= LI 当磁束有变化时, 在与其相交的电路中将产生的电动势为( ) ( ) d dB E dt dt ??? ?? 2017-1-5 5 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院 霍尔效应有一如图 所示的半导体薄片, 若在它的两端通以控制电流 I, 在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为 B的磁场, 则在薄片的另两侧面会产生与 I和B 的乘积成比例的电动势 U H( 霍尔电势或称霍尔电压)。这种现象就称为霍尔效应。 2017-1-5 6 Anhui Science and Technology University 霍尔效应原理图+ + + + + + + L I U H d v 0 fE fL b B - - - - - - - 2017-1-5 7 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院 1879 年霍尔发现在一个通有电流的导体板上,若垂直于板面施加一磁场,则板面两侧会出现微弱电势差. AA' H IB U R d ?lv ? dIB ? a bq mf ? E ?++++ ––––Bqf m?????v0)(???BqEq ???v 当达到动态平衡时: 受力分析(方向向下)(方向向上)Eqf e???试验结果 2017-1-5 8 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院 dnq vl? nqd IB U ab? 1 HR nq ? BEv?lEu ab? Blv?(霍耳系数)Snq Iv?讨论: 用霍耳效应测定,电流等 B ?区分半导体材料类型 bauu? bauu?0?K 0?K N型半导体 P型半导体 B ? ab ++++––––I vq?++++ ––––ab I vq? B ?通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度(浓度随杂质、温度等变化) 2017-1-5 9 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院 磁阻效应将一载流导体置于外磁场中, 除了产生霍尔效应外, 其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应, 简称磁阻效应。磁阻效应是伴随霍尔效应同时发生的一种物理效应。当温度恒定时, 在弱磁场范围内, 磁阻与磁感应强度 B 的平方成正比。对于只有电子参与导电的最简单的情况,理论推出磁阻效应的表达式为ρ B=ρ 0 ( 1 + μ 2B 2 ) 式中: B ——磁感应强度; μ——电子迁移率; ρ 0 ——零磁场下的电阻率; ρ B ——磁感应强度为 B时的电阻率。 2017-1-5 10 Anhui Science and Technology University 数理与信息工程学院设电阻率的变化为Δρ=ρ B-ρ 0,