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1、1. 1. 磁敏三极管的结构与工作原理磁敏三极管的结构与工作原理在弱在弱P P型或弱型或弱N N型本征半导体上用合金法或扩散型本征半导体上用合金法或扩散法形成发射极、基极和集电极。基区较长。基区法形成发射极、基极和集电极。基区较长。基区结构类似磁敏二极管，有高复合速率的结构类似磁敏二极管，有高复合速率的r r区和本区和本征征I I区。长基区分为运输基区和复合基区。区。长基区分为运输基区和复合基区。7.4.2 7.4.2 磁敏三极管的工作原理和主要特性磁敏三极管的工作原理和主要特性(a)结构结构 ( b)符号符号b bc ce ec cN N+ +e eHH- -HH+ +b bI Ir rN
2、N+ +P P+ +当磁敏三极管末受磁场作用时，由于基区当磁敏三极管末受磁场作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过流子通过e-I-be-I-b形成基极电流，少数载流子形成基极电流，少数载流子输入到输入到c c极。因极。因而形成基极电流而形成基极电流大于集电极电流大于集电极电流的情况，使的情况，使 l l。工作原理工作原理:N N+ +N N+ +e eP P+ +x xI Ir rb bc cy y 当受到正向磁场当受到正向磁场(H(H+ +) )作用时，由于磁场的作用，作用时，由于磁场的作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电
3、洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电极电流显著下降，当反向磁场极电流显著下降，当反向磁场(H(H- -) )作用时，在作用时，在H H- -的作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电极的作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。电流增大。N N+ +N N+ +e eP P+ +x xr rb by yc cI IN N+ +N N+ +e eP P+ +x xI Ir rb bc cHH- -y y图图7-25 7-25 磁敏三极管工作原理磁敏三极管工作原理N N+ +N N+ +e eP P+ +x xI Ir rb bc cy yHH+ +N N+ +N N+ +e eP P
4、+ +x xI Ir rb bc cHH- -y yN N+ +N N+ +e eP P+ +x xr rb by yc cI I（a a） (b) (c) (b) (c)由此可知、磁敏三极管在正、反向磁场作用下，由此可知、磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化。这样就可以利用磁其集电极电流出现明显变化。这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。理量。与普通晶体管的伏安特性曲线类似。由图可知，与普通晶体管的伏安特性曲线类似。由图可知，磁敏三极管的电流放大倍数小于磁敏三极管的电流放大倍数小于1 1。(1) 伏安特性
5、伏安特性2. 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性I Ib b=0=0I Ib b=5mA=5mA1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20 02 24 46 68 81010U Ucece/V/VI Ic c/mA/mAI Ib b=4mA=4mAI Ib b=3mA=3mAI Ib b=2mA=2mAI Ib b=1mA=1mAU Ucece/V/VI Ib b=3mA,=3mA,B B=-1kG=-1kG1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20 02 24 46 68 81010I Ic c/mA/mAI Ib b=3mA,=3mA,B B=
6、0=0I Ib b=3mA,=3mA,B B=1kG=1kG(1)(1)为不受磁场作用时为不受磁场作用时为不受磁场作用时为不受磁场作用时(2)(2)磁场为磁场为磁场为磁场为 1kGs1kGs 基极为基极为基极为基极为3mA3mA(2) (2) 磁电特性磁电特性 磁敏三极管的磁电特性是应用的基础，磁敏三极管的磁电特性是应用的基础，右图为国产右图为国产NPNNPN型型3BCM(3BCM(锗锗) )磁敏三极管磁敏三极管的磁电特性，的磁电特性，在弱磁场作用在弱磁场作用下，曲线接近下，曲线接近一条直线。一条直线。-3 -2 -1 1 2 3 4 5-3 -2 -1 1 2 3 4 5B B/0.1T/0
7、.1T I Ic c/mA/mA0.50.50.40.40.30.30.20.20.10.1 图图7-27 3BCM 磁敏三极管的磁电特性磁敏三极管的磁电特性 (3) (3) 温度特性及其补偿温度特性及其补偿 磁敏三极管对温度比较敏感，使用时必磁敏三极管对温度比较敏感，使用时必须进行温度补偿。对于锗磁敏三极管如须进行温度补偿。对于锗磁敏三极管如3ACM3ACM、3BCM3BCM，其磁灵敏度的温度系数，其磁灵敏度的温度系数为为0.80.8/ /0 0C C；硅磁敏三极管；硅磁敏三极管(3CCM)(3CCM)磁灵磁灵敏度的温度系数为敏度的温度系数为-0.6-0.6/ /0 0C C 。因此，实因此
8、，实际使用时必须对磁敏三极管进行温度补偿。际使用时必须对磁敏三极管进行温度补偿。 对于硅磁敏三极管因其具有负温度系数，对于硅磁敏三极管因其具有负温度系数，可用正温度系数的可用正温度系数的普通硅三极管普通硅三极管来补偿因来补偿因温度而产生的集电极电流的漂移。温度而产生的集电极电流的漂移。E EC CR R1 1AAmAmAV V1 1V VmmR Re eR R2 2具体补偿电路如图所示。具体补偿电路如图所示。当温度升高时，当温度升高时，V1管集管集电极电流电极电流IC增加导致增加导致Vm管的集电极电流也增管的集电极电流也增加，从而补偿了加，从而补偿了Vm管因管因温度升高而导致温度升高而导致IC
9、 的下降。的下降。补补补补 偿偿偿偿 电电电电 路路路路(a) (a) 利用锗磁敏二极管电流随温度升高而增加利用锗磁敏二极管电流随温度升高而增加的这一特性，使其作为硅磁敏三极管的负的这一特性，使其作为硅磁敏三极管的负载，从而当温度升高时，可补偿硅磁敏三载，从而当温度升高时，可补偿硅磁敏三极管的负温度漂移系数所引起的电流下降。极管的负温度漂移系数所引起的电流下降。WWV VmmU U0 0E EC C补偿电路补偿电路补偿电路补偿电路( b) ( b) 下图是采用两只特性一致、磁极相反的磁下图是采用两只特性一致、磁极相反的磁敏三极管组成的差动电路。这种电路既可敏三极管组成的差动电路。这种电路既可以
10、提高磁灵敏度，又能实现温度补偿，它以提高磁灵敏度，又能实现温度补偿，它是一种行之有效的温度补偿电路。是一种行之有效的温度补偿电路。U U0 0WW1 1R RL LV Vm1m1V Vm2m2E EC CWW2 2R RL LR Re e补偿电路补偿电路补偿电路补偿电路 ( c) ( c)（4）频率特性）频率特性3BCM锗磁敏三极管对于交变磁场的频率响锗磁敏三极管对于交变磁场的频率响应特性为应特性为10kHz。 （5）磁灵敏度）磁灵敏度 磁敏三极管的磁灵敏度有正向灵敏度磁敏三极管的磁灵敏度有正向灵敏度h+和和负向灵敏度负向灵敏度h-两种。其定义如下：两种。其定义如下：7.5 7.5 磁敏式传感
11、器的应用磁敏式传感器的应用7.5.1 7.5.1 霍尔式传感器的典型应用霍尔式传感器的典型应用例例7-1 7-1 检测磁场检测磁场检测磁场是霍尔式传感器最典型的应用之检测磁场是霍尔式传感器最典型的应用之一。将霍尔器件做成各种形式的探头，放一。将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，使磁力线和器件表面垂直，在被测磁场中，使磁力线和器件表面垂直，通电后即可输出与被测磁场的磁感应强度通电后即可输出与被测磁场的磁感应强度成线性正比的电压。成线性正比的电压。例例7-2 7-2 霍尔位移传感器霍尔位移传感器将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场
12、方向向下，从右半部磁场方向向下，从 a a端通人电流端通人电流I I，根据霍，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势尔效应，左半部产生霍尔电势V VH1H1，右半部产生，右半部产生露尔电势露尔电势V VH2H2，其方向相反。因此，其方向相反。因此，c c、d d两端电两端电势为势为V VH1H1VVH2H2。如果霍尔元件在初始位置时。如果霍尔元件在初始位置时V VH1H1=V=VH2H2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。正比于位移量。 V VH H = kx = kx例
13、例7-3 7-3 霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器图图7-30 7-30 霍尔压力传感器结构原理图霍尔压力传感器结构原理图霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件磁钢磁钢磁钢磁钢压力压力压力压力P P波登管波登管波登管波登管N SN SS NS N例例7-4 7-4 霍尔转速传感器霍尔转速传感器图图7-31 7-31 霍尔转速传感器结构霍尔转速传感器结构输入轴输入轴输入轴输入轴输入轴输入轴输入轴输入轴霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器（a a） （b b） 例例7-5 7-5 霍尔计数装置霍尔计数装置图图7-32 7-32 霍尔计数装置及电路霍尔计数装置及电路(a)(a)工作示意图工作示意图霍尔
14、开关传感器霍尔开关传感器霍尔开关传感器霍尔开关传感器绝缘板绝缘板绝缘板绝缘板磁铁磁铁磁铁磁铁N NS S( b) ( b) 电路图电路图 +12V+12VSL3051SL3051A AS SV VT T+ +V VC CR R5 5R RL LR R4 4R R3 3R R1 1R R2 2计计计计数数数数器器器器例例7-6 7-6 汽车霍尔电子点火器汽车霍尔电子点火器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器隔磁罩隔磁罩隔磁罩隔磁罩磁钢磁钢磁钢磁钢缺口缺口缺口缺口霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器隔磁罩隔磁罩隔磁罩隔磁罩磁钢磁钢磁钢磁钢缺口缺口缺口缺口当缺口对准霍尔元件时，磁通通过霍尔传
15、感器当缺口对准霍尔元件时，磁通通过霍尔传感器形成闭合回路，电路导通，霍尔电路输出形成闭合回路，电路导通，霍尔电路输出0.4V的的低电平低电平；当隔磁罩竖边的凸出部分挡在霍尔；当隔磁罩竖边的凸出部分挡在霍尔元件和磁体之间时，电路截止，霍尔电路输出元件和磁体之间时，电路截止，霍尔电路输出高电平高电平。 图图图图7-34 7-34 7-34 7-34 霍尔计数装置及电路霍尔计数装置及电路霍尔计数装置及电路霍尔计数装置及电路R R6 6DWDW1 1R R7 7V V1 1+12V+12VC CR R5 5D D1 1R R4 4R R3 3R R1 1R R2 2磁钢磁钢磁钢磁钢R R8 8D D2
16、 2DWDW2 2HHV V2 2V V3 3当霍尔传感器输出低电平时，当霍尔传感器输出低电平时，当霍尔传感器输出低电平时，当霍尔传感器输出低电平时，V V1 1截止，截止，截止，截止，V V2 2、V V3 3导通，点导通，点导通，点导通，点火器的初级绕组有恒定的电流通过；当霍尔传感器输出火器的初级绕组有恒定的电流通过；当霍尔传感器输出火器的初级绕组有恒定的电流通过；当霍尔传感器输出火器的初级绕组有恒定的电流通过；当霍尔传感器输出高电平时，高电平时，高电平时，高电平时，V V1 1导通，导通，导通，导通， V V2 2、V V3 3 截止，点火器的初级绕组电截止，点火器的初级绕组电截止，点火
17、器的初级绕组电截止，点火器的初级绕组电流截止，此时储存在点火线圈中的能量由初级绕组以高流截止，此时储存在点火线圈中的能量由初级绕组以高流截止，此时储存在点火线圈中的能量由初级绕组以高流截止，此时储存在点火线圈中的能量由初级绕组以高压放电的形式输出，即放电点火。压放电的形式输出，即放电点火。压放电的形式输出，即放电点火。压放电的形式输出，即放电点火。7.5.2 7.5.2 磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁敏接近开关、角速度接近开关、角速度/ /角位移传感器、磁场角位移传感器、磁场传感器等，可用于开关电源、变频器、伺传感器等，可用于
18、开关电源、变频器、伺服马达驱动器、电度表、断路器、防爆电服马达驱动器、电度表、断路器、防爆电机保护器、地磁场的测量、探矿等。机保护器、地磁场的测量、探矿等。7.5.3 7.5.3 磁敏二极管、三极管的应用磁敏二极管、三极管的应用例例7-7 7-7 漏磁探伤仪漏磁探伤仪图图7-35 7-35 漏磁探伤仪原理图漏磁探伤仪原理图1 1 裂缝；裂缝；2 2 磁敏管探头；磁敏管探头；3 3 铁芯；铁芯；4 4 激励线圈；激励线圈；5 5 被测棒材被测棒材5 5 放大器放大器放大器放大器显示显示显示显示仪表仪表仪表仪表4 42 23 31 15 5 放大器放大器放大器放大器显示显示显示显示仪表仪表仪表仪表4 42 23 31 1磁敏三极管置于磁敏三极管置于1kGs的磁场中，改变磁敏三极管的磁场中，改变磁敏三极管的基极电流，该电路的输出电压在的基极电流，该电路的输出电压在0.7V15V之间之间连续变化。连续变化。这就等效于一个这就等效于一个电位器，而且没电位器，而且没有触点。该电路有触点。该电路特别适合于变化特别适合于变化频繁、调节迅速、频繁、调节迅速、噪声要求低的场合。噪声要求低的场合。例例7-8 无触点电位器无触点电位器图图7-36 无触点电位器无触点电位器V VmmV VHH+18V+18VR RmmP152 1、7、11、18
