【06016传感器原理与应用】第4章磁敏传感器期末复习自考复习

第4章磁敏传感器

通常把能讲磁学量信号转换成电信号的器材或装置称为磁敏传感器

一、学习目的与要求

通过本章的学习，熟悉并掌握磁敏传感器的工作原理和硬件组成结构。重点掌握半导体的霍尔器件和霍尔集成电路、磁敏二极管、三极管等的工作机理及其应用电路；掌握磁阻效应及器件的原理；学会磁场的测量方法、分析几种实际应用电路的原理，能自行设计几种测量和控制电路。

二、课程内容

4.1 霍尔器件

利用霍尔效应原理将被测磁场转换成电动势的一种磁敏传感器称为霍尔器件，又称霍尔式传感器，常分为霍尔元件和霍尔电路。

4.2 半导体磁阻器件

4.3 结型磁敏器件

4.4 铁磁性磁敏器件

4.5 电感式磁传感器

4.6 新型磁敏传感器及其发展趋势

三、考核知识点

（1）霍尔效应及器件的原理；

霍尔效应---若将金属或半导体薄片垂直置于磁感应强度为B的磁场中，给垂直磁场方向上通有电流时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电场的物理现象。

（2）霍尔集成电路的原理及其~~应用电路~~；

在一个结晶片中形成有霍尔传感器及放大并控制其输出电压的电路而具有磁场 ─ 电气变换机能的固态组件称为霍尔集成电路。

将霍尔元件与放大电路和信号处理电路集成制造在一个半导体芯片上，形成霍尔集成传感器又称霍尔集成电路，根据其电功能和霍尔器件工作条件的不同，将霍尔集成传感器分为开关型霍尔集成传感器和线性型霍尔集成传感器两种。（两种分类详情看教材P154-155）

教材P159页有16年10月大题的原题（霍尔汽车点火器）

（3）磁阻效应及器件的原理；

指半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。

原理上可分为两种：物理磁阻效应、几何磁阻效应

当矩形半导体受到与电流方向垂直的磁场作用时，不但产生霍尔效应，还会出现半导体电阻率增大即电流密度下降的现象，称为物理磁阻效应

在相同磁场作用下，不同几何形状的半导体片出现电阻值变化不同的现象称为几何磁阻效应

（4）磁敏三极管的原理；

（5）磁场的测量方法和一些应用电路。

（6）几种磁敏电阻的分类以及简介

一、长方形磁敏电阻元件

二、科宾诺元件-----是最大磁阻效应的磁阻

结构：中心圆形电极，外沿环形电极，构成一个电阻器

原理：无磁场时，载流子的运动路径是沿径向的；有磁场时，两极间电流会发生弯曲使电阻变大。

三、栅格型磁敏电阻→高灵敏电阻

在长方形磁阻上沉积n根金属短路条，分割成宽都b、短路条宽度l’， 且l’/b<<1 的许多子元件。

四、InSb-NiSb共晶磁阻元件---实用磁阻元件

在InSb中掺有的NiSb针状晶体平行排列、导电性良好，类似栅格金属条，起UH的短路作用。

三种InSb-NiSb共晶材料元件的磁阻效应中:

未掺杂的InSb-NiSb磁阻元件叫D型，

掺入提高温度稳定性的杂质成掺杂的InSb-NiSb的磁阻元件叫L、N型。

看出:磁阻元件灵敏度较高。

四、考核要求

1.识记

（1）磁敏传感器的定义及其分类；

通常把能将磁学量信号转换成电信号的器件或装置称为磁敏传感器。近年来其产品种类日益增加，按照元你主要由三大类：①利用半导体材料内部的载流子（电子、空穴）随磁场改变运动方向这一特性制成的传感器，代表产品有霍尔器件、磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏晶体管等②利用电磁感应原理制备的磁电式传感器，主要由电涡流传感器、磁通门磁强计，磁栅式传感器和电感线圈磁头③金属膜磁敏电阻、巨磁阻抗传感器、磁致伸缩和韦甘德（wiegand）以及核磁共振磁强计、超导量子干涉器件和磁光传感器等新型传感器器件

（2）霍尔效应、霍尔式传感器及其分类；

将半导体置于一个磁场中，当在垂直于磁场的方向通入电流时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电场的现象称为霍尔效应，此现象是1879年美国物理学家霍尔在研究金属的导电机构时发现的。

（4）磁阻效应、磁敏电阻；

指半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。

原理上可分为两种：物理磁阻效应、几何磁阻效应

（5）结型磁敏器件及其分类；

人们将结构上含有PN结的磁敏器件称为结型磁敏器件，主要指磁敏二极管和磁敏三极管，它们的某些性能对外磁场非常敏感，且比霍尔元件的灵敏度高可测量-1e6~10T的磁场

（6）电感式磁传感器及其分类；

利用电感的电磁感应效应制成的传感器称为电感式磁传感器，主要有电涡流磁传感器和磁通门，都具有磁灵敏度高、频率响应宽、功耗低、抗干扰能力强及结构简单、体积小使用灵活方便、工作稳定可靠和造价低廉等显著优点。

（7）电涡流效应、磁通门现象。

电涡流效应：当成块的金属处于变化着的磁场中运动时，金属导体表面就会产生感应电流呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流，此现象称为电涡流效应

磁通门现象是一种电磁感应现象：当考虑环境磁场对铁芯的作用时，感应电势中会出现随环境磁场强度而变化的偶次谐波分量，且当铁芯处于周期性过饱和工作状态时偶次谐波分量显著增大；即环境磁场就象是一道门，变压器通过这道门，相应的磁通量就被调制并产生感应电势。