第8章磁电式传感器

第8章磁电式传感器8.1霍尔元件的结构及工作原理8.2霍尔集成电路8.3霍尔传感器的应用

广东技术师范学院

传感技术与信号处理

第8章1学习本课程所需的预备知识。

物理、电工基础、电子测量技术、电子线路。教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指导。

霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应实现对磁场和电流测量的，目前使用的基本是霍尔集成电路，所以霍尔效应和霍尔集成电路是本章的重点内容。教材从霍尔效应开始，介绍了霍尔效应，霍尔元件的主要参数以及霍尔集成电路。最后介绍了霍尔传感器的应用。

2一千多年前，中国人就发明了指南针，用于指示地球磁场的方向，但指南针却较难指示出磁场的强弱，这成了磁场检测的一个难题。1879年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让一恒定电流通过一金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势。这个现象后来被人们称为霍尔效应。但是由于这种效应在金属中非常微弱，1948年以后，由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，并制成了砷化镓、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。它们被广泛应用于弱电流、弱磁场及微小位移的测量。3半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。cdab8.1霍尔元件的结构及工作原理4原理简述如下：假设霍尔元件为N型半导体元件(载流子为电子)，当沿着a，b通入控制电流Ι时，电子首先沿着与Ι相反的方向产生一个初速度νo。同时，由于霍尔元件处于磁场B中，会受到洛伦兹力FL的作用，电子向一侧偏转并形成电子堆积，从而在霍尔元件的c，d方向产生电场，电子积累得越多，FE也越大，随后，电子又会在该电场中受电场力FE的作用，这两种力方向相反。当两力大小相等时，电子的堆积便达到动态平衡，这样，就在半导体c，d方向的端面之间形成了稳定的电动势EH，即霍尔电势。5磁感应强度B为零时的情况cdab6磁感应强度B较大时的情况作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：

EH=KH

IB7设半导体霍尔元件的厚度为δ，电子浓度为n，电子电荷量为e，则霍尔电势EH可以用下式表示EH=KHBΙ式中,KH=1/neδ称为霍尔电势灵敏系数。若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成一角度θ时，霍尔电势为EH=KHBΙcosθ如果图中选用的霍尔元件是P型而不是N型半导体材料，则参加导电的载流子是空穴，则式中KH=1/Ρeδ,Ρ为空穴浓度。结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。

81.霍尔元件特性参数1).输入电阻Ri:霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终引起霍尔电动势变化。为了减少这种影响，最好采用恒流源作为激励源。2).输出电阻RO:两个霍尔电动势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数值与输入电阻同一数量级。它也随温度改变而改变。选择适当的负载电阻RL与之匹配，可以使由温度引起的霍尔电动势的漂移减至最小。3).最大激励电流Ιm:由于霍尔电动势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至几十毫安。94).最大磁感应强度Bm:磁感应强度超过Bm时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，Bm的数值一般小于零点几特斯拉。5).不等位电势:在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势，它是由于四个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法来补偿不等位电动势引起的误差。线性区102.霍尔元件不等位电势补偿不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥平衡来补偿不等位电势。图为霍尔元件的等效电路，其中A、B为霍尔电极，C、D为激励电极，电极分布电阻分别用r1、r2、r3、r4表示，把它们看作电桥的四个桥臂。理想情况下，电极A、B处于同一等位面上，r1=r2=r3=r4，电桥平衡，不等位电势U0为0。实际上，由于A、B电极不在同一等位面上，此四个电阻阻值不相等，电桥不平衡，不等位电势不等于零。此时可根据A、B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为零。11几种补偿线路如图所示。图（a）、（b）为常见的补偿电路，图（b）、（c）相当于在等效电桥的两个桥臂上同时并联电阻，图（d）用于交流供电的情况。128.2霍尔集成电路

随着微电子技术的发展，目前霍尔器件多已集成化。霍尔集成电路(又称霍尔IC)有许多优点，如体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。前者是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性霍尔器件如UGN3501等。

线性型三端霍尔集成电路13线性型霍尔特性

右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时，输出为正；磁场反向时，输出为负。

请画出线性范围14图是UGN3501T的外形及内部电路框图，以及输出电压与磁场的关系(输出特性)曲线。15图示出具有双端差动输出特性的线性霍尔器件UGN3501M的外形、内部电路框图。当其感受的磁场为零时，第1脚相对于第8脚的输出电压等于零；当感受的磁场为正向(磁钢的S极对准3501M的正面)时，输出为正；磁场为反向时，输出为负，因此使用起来更加方便。16开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门(集电极开路输出门)等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。这类器件中较典型的有UGN3020、；3022等。开关型霍尔集成电路17开关型霍尔集成电路的外形及内部电路OC门施密特触发电路双端输入、单端输出运放霍尔元件18开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线

请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.19霍耳开关集成传感器的接口电路RLVACVccVccVAC20VccVACKVccKVccVACVccMOSVOUTVAC霍耳开关集成传感器的一般接口电路VACRL21开关型霍尔集成电路的史密特输出特性

回差越大，抗振动干扰能力就越强。

当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？22?238.3霍尔传感器的应用霍尔电势是关于Ι、Β、θ三个变量的函数，即EH=KHΙΒcosθ，利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、其余两个量都作为变量。三个变量的多种组合使得霍尔传感器具有非常广阔的应用领域。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三个方面的用途：1)维持Ι、θ不变，则EH=f(Β)，这方面的应用有：测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔式角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔式加速度计、微压力计等。2)维持Ι、Β不变，则EH=f(θ)，这方面的应用有角位移测量仪等。3)维持θ不变，则EH=f(ΙΒ)，即传感器的输出EH与Ι、Β的乘积成正比，这方面的应用有模拟乘法器、霍尔式功率计等。24霍尔转速表

在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。SN线性霍尔磁铁25霍尔转速表原理

当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。26霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用

若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微型磁铁的霍尔传感器钢质霍尔27霍尔转速表的其他安装方法

只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。霍尔元件磁铁28霍尔式无触点汽车电子点火装置

采用霍尔式无触点电子点火装置能较好地克服汽车合金触点点火时间不准确、触点易烧坏、高速时动力不足等缺点。

汽车点火线圈高压输出接头12V低压电源输入接头29霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理

采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点火时间准确、高速时动力足。桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图

1-触发器叶片2-槽口3-分电器转轴4-永久磁铁

5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）

a）带缺口的触发器叶片b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系c）叶片位置与点火正时的关系

30霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）

当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平，晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。汽车电子点火电路及波形

1—点火开关2—达林顿晶体管功率开关3—点火线圈低压侧4—点火线圈铁心5—点火线圈高压侧6—分火头7—火花塞

a）电路b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形

31汽车电子点火装置使用的

点火控制器、霍尔传感器及点火总成磁铁点火总成32霍尔式无刷电动机

霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。普通直流电动机使用的电刷和换向器33无刷电动机在电动自行车上的应用

电动自行车可充电电池组无刷电动机34电动自行车的无刷电动机及控制电路

去速度控制器

利用PWM调速35光驱用的无刷电动机内部结构36霍尔式接近开关

当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。37霍尔式接近开关

用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。38霍尔式接近开关用于转速测量演示

在图中，磁铁和霍尔IC保持一定的间隙、均固定不动。软铁制作的分流翼片与运动部件联动。当它移动到磁铁与霍尔IC之间时，磁力线被屏蔽（分流），无法到达霍尔IC，所以此时霍尔IC输出跳变为高电平。改变分流翼片的宽度可以改变霍尔IC的高电平与低电平的占空比。分流翼片的转速n＝60f/z，图中的z＝4。n=60f4(r/min)软铁分流翼片

开关型霍尔ICT39霍尔电流传感器

将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。40霍尔电流传感器演示铁心

线性霍尔IC

EH=KHIB

I所实现的多媒体界面：I41其他霍尔电流传感器42其他霍尔电流传感器（续）43霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌豁口44霍尔钳形电流表演示直流200A量程被测电流的导线未放入铁心时示值为零70.9A45钳形表的环形铁心可以张开，导线由此穿过霍尔钳形电流表演示霍尔钳形电流表演示70.9A46霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心手指按下此处，将钳形表的铁心张开将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中将空调电源的“三芯护套线”夹到钳形表的环形铁心中，钳形表的示值为多少？为什么？47霍尔钳形电流表的使用（续）

叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便用钳形表测量电动机的相电流48霍尔式电流谐波分析仪

被测电流的谐波频谱铁心的开合缝隙

铁心的杠杆压舌49

二、磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。

50（一）磁敏二极管的工作原理和主要特性

1．磁敏二极管的结构与工作原理

（1）磁敏二极管的结构有硅磁敏二级管和锗磁敏二级管两种。与普通二极管区别：普通二极管PN结的基区很短，以避免载流子在基区里复合，磁敏二级管的PN结却有很长的基区，大于载流子的扩散长度，但基区是由接近本征半导体的高阻材料构成的。一般锗磁敏二级管用ρ=40Ω•cm左右的P型或N型单晶做基区(锗本征半导体的ρ=50Ω•cm)，在它的两端有P型和N型锗，并引出，若γ代表长基区，则其PN结实际上是由Pγ结和Nγ结共同组成。以2ACM—1A为例，磁敏二级管的结构是P+—i—N+型。51+（b）磁敏二极管的结构和电路符号(a)结构;(b)电路符号H+H-N+区p+区i区r区电流（a）在高纯度锗半导体的两端用合金法制成高掺杂的P型和N型两个区域，并在本征区（i）区的一个侧面上，设置高复合区(r区)，而与r区相对的另一侧面，保持为光滑无复合表面。这就构成了磁敏二极管的管芯，其结构如图。52PNPNPNH=0H+H-→→→←←←电流电流电流（a）（b）（c）磁敏二极管的工作原理示意图流过二极管的电流也在变化，也就是说二极管等效电阻随着磁场的不同而不同。为什么磁敏二极管会有这种特性呢?下面作一下分析。（2）磁敏二极管的工作原理

当磁敏二极管的P区接电源正极，N区接电源负极即外加正偏压时，随着磁敏二极管所受磁场的变化，iii电子孔穴复合区53结论：随着磁场大小和方向的变化，可产生正负输出电压的变化、特别是在较弱的磁场作用下，可获得较大输出电压。若r区和r区之外的复合能力之差越大，那么磁敏二极管的灵敏度就越高。磁敏二极管反向偏置时，则在r区仅流过很微小的电流，显得几乎与磁场无关。因而二极管两端电压不会因受到磁场作用而有任何改变。54

2．磁敏二极管的主要特征（1）伏安特性

在给定磁场情况下，磁敏二极管两端正向偏压和通过它的电流的关系曲线。-0.2213579U/VI/mA00.2T0.15T0.1T0.05T-0.05T（a）531I/mA46810U/V-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4（b）531I/mA481216U/V-0.100.10.40.30.2-0.3（c）图2.6-29磁敏二极管伏安特性曲线（a）锗磁敏二极管（b）、（c）硅二极管-0.1T-0.15T-0.2T00055由图可见硅磁敏二极管的伏安特性有两种形式。一种如图2.6-29（b）所示，开始在较大偏压范围内，电流变化比较平坦，随外加偏压的增加，电流逐渐增加；此后，伏安特性曲线上升很快，表现出其动态电阻比较小。另一种如图2.6-29(c)所示。硅磁敏二极管的伏安特性曲线上有负阻现象，即电流急增的同时，有偏压突然跌落的现象。

产生负阻现象的原因是高阻硅的热平衡载流子较少，且注入的载流子未填满复合中心之前，不会产生较大的电流，当填满复合中心之后，电流才开始急增之故。

56

（2）磁电特性在给定条件下，磁敏二极管的输出电压变化量与外加磁场间的变化关系，叫做磁敏二极管的磁电特性。图2.6-30磁敏二极管的磁电特性曲线（a）单个使用时（b）互补使用时B/0.1T1.02.03.0-1.0-2.00.40.81.21.62.0-0.4-0.8-1.2-1.6-2.0B/0.1T2.0-1.0-2.00.40.81.21.62.0-0.4-0.8-1.2-1.6-2.01.0

3kΩREE=12V（18V）Td=20℃（a）（b）ΔU/VΔU/V图2.6-30给出磁敏二极管单个使用和互补使用时的磁电特性曲线。57

（3）温度特性温度特性是指在标准测试条件下，输出电压变化量（或无磁场作用时中点电压）随温度变化的规律，如图所示。ΔU/VT/℃020400.20.40.60.81.0E=6VB=0.1T8060-20I/mA-5-4-3-2-1I图2.6-31磁敏二极管温度特性曲线(单个使用时)ΔU58由图可见，磁敏二极管受温度的影响较大。反映磁敏二极管的温度特性好坏，也可用温度系数来表示。硅磁敏二极管在标准测试条件下，u0的温度系数小于＋20mV／℃，的温度系数小于0.6%/℃。而锗磁敏二极管u0的温度系数小于-60mV／℃，的温度系数小于1.5%/℃。所以，规定硅管的使用温度为-40～＋85℃，而锗管则现定为-40～＋65℃。59（4）频率特性

硅磁敏二极管的响应时间，几乎等于注入载流子漂移过程中被复合并达到动态平衡的时间。所以，频率响应时间与载流子的有效寿命相当。硅管的响应时间小于1，即响应频率高达1MHz。锗磁敏二极管的响应频率小于10kHz。dB0.1-12-9-6-301010.01锗磁敏三极管频率特性f/kHz60(2.6-26)(2.6-27)5）磁灵敏度

磁敏二极管的磁灵敏度有三种定义方法：（a）在恒流条件下，偏压随磁场而变化的电压相对磁灵敏度（hu），即：

u0—磁场强度为零时，二极管两端的电压；uB—磁场强度为B时，二极管两端的电压。(b)在恒压条件下，偏流随磁场变化的电流相对磁灵敏度（hi），即：61(c)

在给定电压源E和负载电阻R的条件下，电压相对磁灵敏度和电流相对磁灵敏度定义如下：

应特别注意，如果使用磁敏二极管时的情况和元件出厂的测试条件不一致时，应重新测试其灵敏度。62（二）磁敏三极管的工作原理和主要特性

1．磁敏三极管的结构与原理

（1）磁敏三极管的结构

NPN型磁敏三极管是在弱P型近本征半导体上，用合金法或扩散法形成三个结——即发射结、基极结、集电结所形成的半导体元图2.6-33NPN型磁敏三极管的结构和符号a)结构b)符号rN+N+ceH-H+P+bceba）b）件,如图。在长基区的侧面制成一个复合速率很高的高复合区r。长基区分为输运基区和复合基区两部。i63（2）磁敏三极管的工作原理N+N+N+cccyyyeeerrrxxxP+P+P+bbbN+N+N+（a）（b）（c）图2.6-34磁敏三极管工作原理示意图(a)H=0;(b)H=H+;(c)H=H-1-运输基区；2-复合基区1264当不受磁场作用如图2.6-34(a)时，由于磁敏三极管的基区宽度大于载流子有效扩散长度，因而注入的载流子除少部分输入到集电极c外，大部分通过e—i—b而形成基极电流。显而易见，基极电流大于集电极电流。所以，电流放大系数=Ic／Ib＜1。当受到H＋磁场作用如图2.6-34（b）时，由于洛仑兹力作用，载流子向发射结一侧偏转，从而使集电极电流明显下降。当受磁场使用如图2.6-34(c)时，载流子在洛仑兹力作用下，向集电结一侧偏转，使集电极电流增大。65/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图2.6-35磁敏三极管伏安特性曲线2．磁敏三极管的主要特性

（1）伏安特性

图2.6-35(b)给出了磁敏三极管在基极恒流条件下（Ib=3mA）、磁场为0.1T时的集电极电流的变化；图2.6-35(a)则为不受磁场作用时磁敏三极管的伏安特性曲线。66（2）磁电特性磁电特性是磁敏三极管最重要的工作特性。3BCM（NPN型）锗磁敏三极管的磁电特性曲线如图2.6-36所示。B/0.1TΔIc/mA0.50.40.30.20.115234-1-2-3图2.6-363BCM磁敏三极管电磁特性由图可见，在弱磁场作用时，曲线近似于一条直线。67

(3)温度特性

磁敏三极管对温度也是敏感的。3ACM、3BCM磁敏三极管的温度系数为0.8％／℃；3CCM磁敏三极管的温度系数为-0.6％／℃。3BCM的温度特性曲线如图2.6-37所示。图2.6-373BCM磁敏三极管的温度特性(a)基极电源恒压(b)基极恒流(a)-20020401.20.80.4

1.660B=0B=－0.1TB=0.1TT/℃基极电源恒压Vb=5.7VIC/mA基极恒流Ib=2mAB=01.20.80.4-20020401.680B=－0.1TB=0.1TT/℃(b)IC/mA68温度系数有两种：一种是静态集电极电流Ic0的温度系数；一种是磁灵敏度的温度系数。在使用温度t1～t2范围Ic0的改变量与常温（比如25℃）时的Ic0之比，平均每度的相对变化量被定义为Ic0的温度系数Ic0CT，即：

同样，在使用温度t1～t2范围内，的改变量与25℃时的值之比，平均每度的相对变化量被定义为的温度系数

：(2.6-30)69对于3BCM磁敏三极管，当采用补偿措施时，其正向灵敏度受温度影响不大。而负向灵敏度受温度影响比较大，主要表现为有相当大一部分器件存在着一个无灵敏度的温度点，这个点的位置由所加基流（无磁场作用时）Ib0的大小决定。当Ib0>4mA时，此无灵敏度温度点处于+40℃左右。当温度超过此点时，负向灵敏度也变为正向灵敏度，即不论对正、负向磁场，集电极电流都发生同样性质变化。因此，减小基极电流，无灵敏度的温度点将向较高温度方向移动。当Ib0=2mA时，此温度点可达50℃左右。但另一方面，若Ib0过小，则会影响磁灵敏度。所以，当需要同时使用正负灵敏度时，温度要选在无灵敏度温度点以下。70（5）磁灵敏度磁敏三极管的磁灵敏度有正向灵敏度和负向灵敏度两种。其定义如下：

式中—受正向磁场B+作用时的集电极电流；—受反向磁场B-作用时的集电极电流；—不受磁场作用时，在给定基流情况下的集电极输出电流。（4）频率特性

3BCM锗磁敏三极管对于交变磁场的频率响应特性为10kHz。

(2.6-32)71（三）磁敏二极管和磁敏三极管的应用

由于磁敏管有效高的磁灵敏度，体积和功耗都很小，且能识别磁极性等优点，是一种新型半导体磁敏元件，它有着广泛的应用前景。利用磁敏管可以作成磁场探测仪器—如高斯计、漏磁测量仪、地磁测量仪等。用磁敏管作成的磁场探测仪，可测量10-7T左右的弱磁场。根据通电导线周围具有磁场，而磁场的强弱又取决于通电导线中电流大小的原理，因而可利用磁敏管采用非接触方法来测量导线中电流。而用这种装置来检测磁场还可确定导线中电流值大小，既安全又省电，因此是一种备受欢迎的电流表。此外,利用磁敏管还可制成转速传感器(能测高达每分钟数万转的转速),无触点电位器和漏磁探伤仪等。72（四）、常用磁敏管的型号和参数

3BCM型锗磁敏三极管参数表参数单位测试条件规范ABCDE磁灵敏度%Ec=6V,RL=100Ω,Ib=2mA,B=0.1T5~1010~1515~2020~25>25击穿电压BUccoVIc=1.5mA2020252525漏电流Icc0Vcs=6A≤200≤200≤200≤200≤200最大基极电流mAEc=6VRL=5kΩ4功耗PcmmW

45使用温度℃

-40~65℃最高温度℃

75mA733CCM型硅磁敏三极管参数表

参数单位测试条件规范磁灵敏度%Ec=6VIb=3mAB=0.1T>5%击穿电压BUccoVIc=10≥20V漏电流Icc0Ice=6A≤5功耗mW

20mW使用温度℃

-40~85℃最高温度℃

100℃温度系数%/℃

-0.10~-0.25%/℃74三、磁敏电阻

是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件，也称MR元件。它的理论基础为磁阻效应。（一）

磁阻效应

若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值就变化。称此种现象为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。75在磁场中，电流的流动路径会因磁场的作用而加长，使得材料的电阻率增加。若某种金属或半导体材料的两种载流子(电子和空穴)的迁移率十分悬殊，主要由迁移率较大的一种载流子引起电阻率变化,它可表示为：Ｂ——为磁感应强度；ρ——材料在磁感应强度为Ｂ时的电阻率；ρ0——材料在磁感应强度为0时的电阻率；μ——载流子的迁移率。76当材料中仅存在一种载流子时磁阻效应几乎可以忽略，此时霍耳效应更为强烈。若在电子和空穴都存在的材料（如InSb）中，则磁阻效应很强。磁阻效应还与样品的形状、尺寸密切相关。这种与样品形状、尺寸有关的磁阻效应称为磁阻效应的几何磁阻效应。长方形磁阻器件只有在L(长度)<W（宽度）的条件下，才表现出较高的灵敏度。把L<W的扁平器件串联起来，就会零磁场电阻值较大、灵敏度较高的磁阻器件。77图（a）是没有栅格的情况，电流只在电极附近偏转，电阻增加很小。在L>W长方形磁阻材料上面制作许多平行等间距的金属条（即短路栅格），以短路霍耳电势，这种栅格磁阻器件如图（b）所示，就相当于许多扁条状磁阻串联。所以栅格磁阻器件既增加了零磁场电阻值、又提