第六章第六章 磁敏传感器磁敏传感器 6.1 磁敏电阻器磁敏电阻器 磁磁敏敏电电阻阻器器（（Magnetic Resistance ））是是基基于于磁磁阻阻效效应应的的磁磁敏敏元元件件,也也称称MR元元件件磁磁敏敏电电阻阻的的应应用用范范围围比比较较广广，，可可以以利利用用它它制制成成磁磁场场探探测测仪仪、、位位移和角度检测器、安培计以及磁敏交流放大器等移和角度检测器、安培计以及磁敏交流放大器等一、磁阻效应一、磁阻效应 若若给给通通以以电电流流的的金金属属或或半半导导体体材材料料的的薄薄片片加加以以与与电电流流垂垂直直或或平平行行的的外外磁磁场场，，则则其其电电阻阻值值就就增增加加称称此此种种现现象象为为磁磁致致电电阻阻变变化化效效应应，，简简称称为为磁磁阻效应 在外加磁场作用下，某些载流子受到的洛伦兹力比霍尔电场作在外加磁场作用下，某些载流子受到的洛伦兹力比霍尔电场作用力大时，它的运动轨迹就偏向洛伦兹力的方向；这些载流子用力大时，它的运动轨迹就偏向洛伦兹力的方向；这些载流子从一个电极流到另一个电极所通过的路径就要比无磁场时的路从一个电极流到另一个电极所通过的路径就要比无磁场时的路径长些，因此增加了电阻率。
径长些，因此增加了电阻率 当温度恒定时，在磁场内，磁阻与磁感应强度当温度恒定时，在磁场内，磁阻与磁感应强度 B 的平方成的平方成正比如果器件只是在电子参与导电的简单情况下，理论推导正比如果器件只是在电子参与导电的简单情况下，理论推导出来的磁阻效应方程为出来的磁阻效应方程为式中式中 ρB — 磁感应强度为磁感应强度为B时的电阻率；时的电阻率； ρ0 — 零磁场下的电阻率；零磁场下的电阻率； μ — 电子迁移率；电子迁移率； B — 磁感应强度磁感应强度当电阻率变化为当电阻率变化为Δρ＝＝ρB －－ρ0时，则电阻率的相对变化为：时，则电阻率的相对变化为：Δρ/ρ0 = 0.273μ2B2 = Kμ2B2由此可知，磁场一定时由此可知，磁场一定时电子迁移率越高电子迁移率越高的材料（如的材料（如InSb、、InAs和和NiSb等半导体材料），其磁阻效应越明显等半导体材料），其磁阻效应越明显 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 磁阻效应还与磁敏电阻的形状、尺寸密切相关这种与与磁敏电阻磁敏电阻形状、尺寸有关的磁阻效应称为磁阻效应的几何磁形状、尺寸有关的磁阻效应称为磁阻效应的几何磁阻效应阻效应若考虑其形状的影响电阻率的相对变化与磁感应强度和迁移率的关系可表达为 长方形长方形磁阻器件只有在磁阻器件只有在L(长度长度)>l的纵长方形片，由于电子运动偏向一侧，必然产生霍尔效应，当霍尔电场EH对电子施加的电场力fE和磁场对电子施加的洛伦兹力fL平衡时，电子运动轨迹就不再继续偏移，所以片内中段电子运动方向和长度l的方向平行，只有两端才是倾斜的这种情况电子运动路径增加得并不显著，电阻增加得也不多LbBB几何磁阻效应II（a）（b）图(b)是在L>b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），以短路霍尔电势，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、又提高了磁阻器件的灵敏度实验表明，对于InSb材料，当B=1T时，电阻可增大10倍(因为来不及形成较大的霍尔电场EH) 磁敏电阻通常使用两种方法来制作：磁敏电阻通常使用两种方法来制作：Ø 一一种种是是在在较较长长的的元元件件片片上上用用真真空空镀镀膜膜方方法法制制成成，，如如图图(a)所所示示的的许许多多短短路路电电极极(光栅状光栅状)的元件；的元件；Ø 另另一一种种是是由由InSb和和NiSb构构成成的的共共晶晶式式半半导导体体(在在拉拉制制 InSb单单晶晶时时，，加加入入1％％的的Ni，，可可得得InSb和和NiSb的的共共晶晶材材料料)磁磁敏敏电电阻阻这这种种共共晶晶里里，，NiSb呈呈具具有有一一定定排排列列方方向向的的针针状状晶晶体体，，它它的的导导电电性性好好，，针针的的直直径径在在1 m左左右右，，长长约约100 m，，许许多多这这样样的的针针横横向向排排列列，，代代替替了了金金属属条条起起短短路路霍霍尔尔电电压压的的作作用用由由于于InSb的的温温度度特特性性不不佳佳，，往往往往在在材材料料中中加加人人一一些些N型型碲碲或或硒硒，，形形成成掺掺杂杂的的共共晶晶，，但但灵灵敏敏度度要要损损失失一一些些。
在在结结晶晶制制作作过过程程中中有有方方向向性性地地析析出出金金属属而而制制成成磁磁敏敏电电阻阻，，如如上上图图(b)所示Ø 除除此此之之外外，，还还有有圆圆盘盘形形，，中中心心和和边边缘缘处处各各有有一一电电极极，，如如上上图图(c)所所示示磁磁敏敏电阻大多制成圆盘结构电阻大多制成圆盘结构 二、磁敏电阻的结构二、磁敏电阻的结构 各种形状的磁敏电阻，其磁阻与各种形状的磁敏电阻，其磁阻与磁感应强度的关系如右图所示由图磁感应强度的关系如右图所示由图可见，圆盘形样品的磁阻最大可见，圆盘形样品的磁阻最大 磁敏电阻的灵敏度一般是非线性磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响较大的，且受温度影响较大；因此，使用；因此，使用磁敏电阻时．必须首先了解如下图所磁敏电阻时．必须首先了解如下图所示的持性曲线然后，确定温度补偿示的持性曲线然后，确定温度补偿方案磁阻元件的电阻值与磁场的极性无关，它只随磁场强度的增加而增加磁阻元件的温度特性不好，在应用时，一般都要设计温度补偿电路 磁敏电阻器的应用：磁敏电阻器的应用：1．． 作控制元件作控制元件 可将磁敏电阻用于交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、可将磁敏电阻用于交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、磁通密度电压变换器和位移电压变换器等电路中作控制元件。
磁通密度电压变换器和位移电压变换器等电路中作控制元件 2．作计量元件．作计量元件 可将磁敏电阻用于磁场强度测量、位移测量、频率测量和功率因 可将磁敏电阻用于磁场强度测量、位移测量、频率测量和功率因数测量等诸多方面数测量等诸多方面 3．作开关电路．作开关电路 在接近开关、磁卡文字识别和磁电编码器等方面 在接近开关、磁卡文字识别和磁电编码器等方面 4．作运算器．作运算器 可用磁敏电阻在乘法器、除法器、平方器、开平方器、立方器和 可用磁敏电阻在乘法器、除法器、平方器、开平方器、立方器和开立方器等方面使用开立方器等方面使用 5．作模拟元件．作模拟元件 可在非线性模拟、平方模拟、立方模拟、三次代数式模拟和负阻 可在非线性模拟、平方模拟、立方模拟、三次代数式模拟和负阻抗模拟等方面使用抗模拟等方面使用 磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 根据铁磁根据铁磁物体对地磁的物体对地磁的扰动，可检测扰动，可检测车辆的存在，车辆的存在，可用于包括自可用于包括自动开门，路况动开门，路况监测，停车场监测，停车场检测，车辆位检测，车辆位置监测，红绿置监测，红绿灯控制等灯控制等。
锑化铟锑化铟(InSb)磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用 InSb伪伪币币检检测测传传感感器器安安装装在在光光磁磁电电伪伪币币检检测测机机上上，，其其工工作作过过程程如如上上图所示，电路原理图如下图所示图所示，电路原理图如下图所示 电路工作原理图InSb伪币检测传感器工作原理与输出特性 当纸币上的磁性油墨当纸币上的磁性油墨没有进入位置没有进入位置1时，设输出时，设输出变化为零，如果进入位置变化为零，如果进入位置1，由于，由于R2电阻增大，则输电阻增大，则输出变化为出变化为0.3mV左右；如果左右；如果进入位置进入位置3时，则仍为时，则仍为0；；如果进入位置如果进入位置4，则为，则为-0.3mV，如果进入位置，如果进入位置5，，则仍为则仍为0，就这样产生输出，就这样产生输出特性，经过放大、比较、特性，经过放大、比较、脉冲展宽、显示，就能检脉冲展宽、显示，就能检测伪币，达到理想效果测伪币，达到理想效果 半导体半导体InSbInSb磁敏无接触电位器磁敏无接触电位器 半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏无无接接触触电电位位器器是是半半导导体体InSbInSb磁磁阻阻效效应应的的典典型型应应用用之之一一。
与与传传统统电电位位器器相相比比, ,它它具具有有无无可可比比拟拟的的优优点点: :无无接接触触电电刷刷、、无无电电接接触触噪噪音音、、旋旋转转力力矩矩小小、、分分辨辨率率高高、、高高频频特特性性好好、、可可靠靠性性高高、、寿寿命命长长半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏无无接接触触电电位位器器是是基基于于半半导导体体InSbInSb磁磁阻阻效效应应原原理理，，由由半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏电电阻阻元元件件和和偏偏置置磁磁钢钢组组成成；；其其结结构构与与普普通通电电位位器器相相似似由由于于无无电电刷刷接接触触，，故故称称无接触电位器无接触电位器磁敏无接触电位器工作原理示图和输出特性曲线0°90°-90° 该电位器的核心是差分型结构的两个半园形磁敏电阻；它们被安装在该电位器的核心是差分型结构的两个半园形磁敏电阻；它们被安装在同一旋转轴上的半园形永磁钢上，其面积恰好覆盖其中一个磁敏电阻；随同一旋转轴上的半园形永磁钢上，其面积恰好覆盖其中一个磁敏电阻；随着旋转轴的转动，磁钢覆盖于磁阻元件的面积发生变化，引起磁敏电阻值着旋转轴的转动，磁钢覆盖于磁阻元件的面积发生变化，引起磁敏电阻值发生变化，旋转转轴，即能调节其阻值。
其工作原理和输出电压随旋转角发生变化，旋转转轴，即能调节其阻值其工作原理和输出电压随旋转角度变化的关系曲线如图所示度变化的关系曲线如图所示 6.3 磁敏二极管和磁敏三极管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之后迅速发展起来的新型磁电转换元件 霍尔元件和磁敏电阻均是用霍尔元件和磁敏电阻均是用N型半导体材料制成型半导体材料制成的体型元件磁敏二极管和磁敏三极管是的体型元件磁敏二极管和磁敏三极管是PN结型的结型的磁电转换元件，它们具有输出信号大、灵敏度高磁电转换元件，它们具有输出信号大、灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍） 、工作、工作电流小、能识别磁场的极性、体积小、电路简单等电流小、能识别磁场的极性、体积小、电路简单等特点，它们比较适合磁场、转速、探伤等方面的检特点，它们比较适合磁场、转速、探伤等方面的检测和控制测和控制 一、磁敏二极管的结构和工作原理一、磁敏二极管的结构和工作原理 1．结构．结构 磁敏二极管的磁敏二极管的P型和型和N型电极由高阻材料制成，型电极由高阻材料制成，在在P、、N之间有一个较长的本征区之间有一个较长的本征区I，本征区，本征区I的一的一面磨成光滑的低复合表面面磨成光滑的低复合表面(为为I区区)，另一面打毛，，另一面打毛，设置成高复合区设置成高复合区(为为r区区)，其目的是因为电子，其目的是因为电子 — 空空穴对易于在粗糙表面复合而消失。
当通过正向电穴对易于在粗糙表面复合而消失当通过正向电流后就会在流后就会在P、、I、、N结之间形成电流由此可知，结之间形成电流由此可知，磁敏二极管是磁敏二极管是PIN型的 • 当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压(P区为正区为正)，则有大量的空，则有大量的空穴从穴从P区通过区通过i区进入区进入N区，同时也有大量电子注入区，同时也有大量电子注入 P区，这样形成电流，只有少区，这样形成电流，只有少量电子和空穴在量电子和空穴在i区复合掉区复合掉• 当磁敏二极管受到如下图当磁敏二极管受到如下图 (b)所示的外界磁场所示的外界磁场H+(正向磁场正向磁场)作用时，则电子和空作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面区的电子和空穴复合速度比光滑面I区区快，快，空穴和电子一旦复合就失去导电作用，意味着基区的等效电阻增大，电流减空穴和电子一旦复合就失去导电作用，意味着基区的等效电阻增大，电流减小磁场强度越强，电子和空穴受到洛仑兹力就越大，单位时间内进入由于磁场强度越强，电子和空穴受到洛仑兹力就越大，单位时间内进入由于r区区而复合的电子和空穴数量而复合的电子和空穴数量就越多，载流子减少，外电路的电流越小。
就越多，载流子减少，外电路的电流越小• 当磁敏二极管受到如右图当磁敏二极管受到如右图(c)所示的外界磁场片所示的外界磁场片H- (反向磁场反向磁场)作用时，则电子和空穴受到洛作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力作用而向仑兹力作用而向I区偏移，由于区偏移，由于电子、空穴复合率明显变小，电子、空穴复合率明显变小，i区的等效电阻减小，区的等效电阻减小，则外电路的则外电路的电流变大电流变大• 若在磁敏二极管上加反向偏压若在磁敏二极管上加反向偏压(P区的负区的负)，则仅有很微小的电，则仅有很微小的电流流过，并且几乎与磁场无关流流过，并且几乎与磁场无关• 因此，该器件仅能在正向偏压因此，该器件仅能在正向偏压下工作利用磁敏二极管的正向利用磁敏二极管的正向导通电流随磁场强度的变化而变导通电流随磁场强度的变化而变化的特性，即可实现磁电转换化的特性，即可实现磁电转换 结论：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 3．磁敏二极管的主要特性．磁敏二极管的主要特性 (1)磁电待性磁电待性 在在给给定定条条件件下下，，磁磁敏敏二二极极管管输输出出的的电电压压变变化化与与外外加加磁磁场场的的关关系系称称为为磁敏二极管的磁电持性磁敏二极管的磁电持性 磁磁敏敏二二极极管管通通常常有有单单只只和和互互补补两两种种使使用用方方式式它它们们的的磁磁电电特特性性如如下下图图所所示示由由图图可可知知，，单单只只使使用用时时，，正正向向磁磁灵灵敏敏度度大大于于反反向向；；互互补补使使用用时时，，正、反向磁灵敏度曲线对称，且在弱磁场下有较好的线性正、反向磁灵敏度曲线对称，且在弱磁场下有较好的线性 (2)伏安特性伏安特性 磁磁敏敏二二极极管管正正向向偏偏压压和和通通过过电电流流的的关关系系被被称称为为磁磁敏敏二二极极管管的的伏伏安安特特性性，，如如图图所所示示从从图图可可知知，，磁磁敏敏二二极极管管在在不不同同磁磁场场强强度度H下下的的作作用用，，其其伏伏安安特特性性将将是是不不一一样样图图 (a)为为锗锗磁磁敏敏二二极极管管的的伏伏安安特特性性；；(b)为为硅硅磁磁敏敏二二极极管管的的伏伏安安特特性性。
图图 (b)表表示示在在较较宽宽的的偏偏压压范范围围内内，，电电流流变变化化比比较较平平坦坦；；当当外外加加偏偏压压增增加加到到一一定定值值后后，，电电流流迅迅速速增增加加、、伏伏安安持持性性曲曲线线上上升升很很快，表现出其动态电阻比较小快，表现出其动态电阻比较小 (3)温度特性温度特性 一一般般情情况况下下，，磁磁敏敏二二极极管管受受温温度度影影响响较较大大，，即即在在一一定定测测试试条条件件下下，，磁磁敏敏二二极极管管的的输输出出电电压压变变化化量量ΔU，，或或者者在在无无磁磁场场作作用用时时，，中中点点电电压压Um随随温温度度变变化化较较大大因因此此，，在在实实际际使用时，必须对其进行温度补偿使用时，必须对其进行温度补偿 ①①互补式温度补偿电路互补式温度补偿电路 选用两只性能相近的磁敏二极管，按相选用两只性能相近的磁敏二极管，按相反磁极性组合，即将它们的磁敏面相对或背反磁极性组合，即将它们的磁敏面相对或背向放置串接在电路中无论温度如何变化，其分压比总保持不变，输出电向放置串接在电路中无论温度如何变化，其分压比总保持不变，输出电压压Um随温度变化而始终保持不变，这样就达到了温度补偿的目的。
不仅如随温度变化而始终保持不变，这样就达到了温度补偿的目的不仅如此，互补电路还能提高磁灵敏度此，互补电路还能提高磁灵敏度 ②②差分式电路差分式电路 如如下下图图(c)所所示示差差分分电电路路不不仅仅能能很很好好地地实实现现温温度度补补偿偿，，提提高高灵灵敏敏度度，，还还可可以以弥弥补补互互补补电电路路的的不不足足如如果果电电路路不不平平衡衡，，可可适适当当调调节节电电阻阻R1和和R2 ③③全桥电路全桥电路 全全桥桥电电路路是是将将两两个个互互补补电电路路并并联联而而成成和和互互补补电电路路一一样样，，其其工工作作点点只只能能选选在在小小电电流流区区该该电电路路在在给给定定的的磁磁场场下下，，其其输输出出电电压压是是差差分分电电路路的的两两倍倍由由于于要要选选择择四四只只性性能能相相同同的的磁磁敏敏二二极极管管，，会会给给实实际际使使用用带带来来一一些些困难 ④④热敏电阻补偿电路热敏电阻补偿电路 如如下下图图(e)所所示示该该电电路路是是利利用用热热敏敏电电阻阻随随温温度度的的变变化化，，而而使使Rt和和D的的分分压压系系数数不不变变，，从从而而实实现现温温度度补补偿偿。
热热敏敏电电阻阻补补偿偿电电路路的的成成本本略略低低于于上述三种温度补偿电路，因此是常被采用的一种温度补偿电路上述三种温度补偿电路，因此是常被采用的一种温度补偿电路 二、磁敏三极管的结构和工作原理二、磁敏三极管的结构和工作原理 1．磁敏三极管的结构．磁敏三极管的结构 在在弱弱P型型或或弱弱N型型本本征征半半导导体体上上用用合合金金法法或或扩扩散散法法形形成成发发射射极极、、基基极极和和集集电电极极其其最最大大特特点点是是基基区区较较长长，，基基区区结结构构类类似似磁磁敏敏二二极极管管，，也也有有高高复复合合速速率率的的r区区和和本本征征I区长基区分为输运基区和复合基区长基区分为输运基区和复合基区 2．磁敏三极管的工作原理．磁敏三极管的工作原理 当磁敏三极管当磁敏三极管未受到磁场未受到磁场作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过长度，大部分载流子通过e-I-b，形成基极电流；少数载流子输入到，形成基极电流；少数载流子输入到c极，因极，因而基极电流大于集电极电流。
而基极电流大于集电极电流 当当受到正向磁场受到正向磁场(H +)作用时，由作用时，由于磁场的作用，洛仑兹力使载流子向于磁场的作用，洛仑兹力使载流子向复合区偏转复合区偏转 ，导致集电极电流显著，导致集电极电流显著下降；当反向磁场下降；当反向磁场(H -)作用时，载流作用时，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大由此可知，增大由此可知，磁敏三极管在正、磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化明显变化 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12 3. 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性 (1)磁电特性磁电特性 磁磁敏敏三三极极管管的的磁磁电电特特性性是是应应用用的的基基础础，，是是主主要要特特性性之之一一例例如如，，国国产产NPN型型3BCM（（锗锗））磁磁敏敏三三极极管管的的磁磁电电特特性性，，在在弱弱磁磁场场作作用用下下，，曲曲线线接接近近一条直线，如左下图所示。
一条直线，如左下图所示 (2)伏安特性伏安特性 磁磁敏敏三三极极管管的的伏伏安安特特性性类类似似普普通通晶晶体体管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线下下右右图图(a)为为不不受受磁磁场场作作用用时时，，磁磁敏敏三三极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线；；下下右右图图 (b)是是磁磁场场为为±1kG s，，基基极极为为3mA时时，，集集电电极极电电流流的的变变化化由由该该图图可可知知，，磁磁敏敏三三极极管管的电流放大倍数小于的电流放大倍数小于1 (3)温度特性及其补偿温度特性及其补偿 磁磁敏敏三三极极管管对对温温度度比比较较敏敏感感，，实实际际使使用用时时必必须须采采用用适适当当的的方方法法进进行行温温度度补补偿偿对对于于锗锗磁磁敏敏三三极极管管，，例例如如，，3ACM，，3BCM，，其其磁磁灵灵敏敏度度的的温温度度系系数数为为0.8％％/℃；；硅硅磁磁敏敏三三极极管管(3CCM)磁磁灵灵敏敏度度的的温温度度系系数数为为-0.6％％/℃对对于于硅硅磁磁敏敏三三极极管管可可用用正正温温度度系系数数的的普普通通硅硅三三极极管管来来补补偿偿因因温温度度而而产产生生的的集集电电极极电电流流的的漂漂移移。
具具体体补补偿偿电电路路如如图图 (a)所所示示当当温温度度升升高高时时，，BG1管管集集电电极极电电流流Ic增增加加，，导导致致BGm管管的的集集电电极极电电流流也也增增加加，，从从而而补补偿偿了了BGm管因温度升高而导致管因温度升高而导致Ic的下降 图图(b)是是利利用用锗锗磁磁敏敏二二极极管管电电流流随随温温度度升升高高而而增增加加的的这这一一特特性性使使其其作作硅硅磁磁敏敏三三极极管管的的负负载载，，当当温温度度升升高高时时，，可可以以弥弥补补硅硅磁磁敏敏三三极极管管的的负负温温度度漂漂移系数所引起的电流下降的问题除此之外，还可以采用两只特性一移系数所引起的电流下降的问题除此之外，还可以采用两只特性一致、磁极相反的磁致、磁极相反的磁敏三极管组成的差敏三极管组成的差分电路，如图分电路，如图(c)所所示，这种电路既可示，这种电路既可以提高磁灵敏度，以提高磁灵敏度，又能实现温度补偿，又能实现温度补偿，它是一种行之有救它是一种行之有救的温度补偿电路的温度补偿电路 （三）磁敏二极管和磁敏三极管的应用（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。
着广泛的应用前景 利用磁敏管可以作成磁场探测仪器利用磁敏管可以作成磁场探测仪器—如高斯计、漏磁测如高斯计、漏磁测量仪、地磁测量仪等用磁敏管作成的磁场探测仪，可测量仪、地磁测量仪等用磁敏管作成的磁场探测仪，可测量量10-7T左右的弱磁场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 此外此外,利用磁敏管还可制成转速传感器利用磁敏管还可制成转速传感器(能测高达每分钟数能测高达每分钟数万转的转速万转的转速),无触点电位器和漏磁探伤仪等无触点电位器和漏磁探伤仪等 磁敏二磁敏二极极管漏磁探伤管漏磁探伤仪仪 磁磁敏敏二二极极管管漏漏磁磁探探伤伤仪仪是是利利用用磁磁敏敏二二极极管管可可以以检检测测弱弱磁磁场场变变化化的的特特性性而而设设计计的的。
原原理理如如图图所所示示漏漏磁磁探探伤伤仪仪由由激激励励线线圈圈2、、铁铁芯芯3、、放放大大器器4、、磁磁敏敏二二极极管管探探头头5等等部部分分构构成成将将待待测测物物1 (如如钢钢棒棒)置置于于铁铁芯芯之之下下，，并并使使之之不不断断转转动动，，在在铁铁芯芯、、线线圈圈激激磁磁后后，，钢钢棒棒被被磁磁化化若若待待测测钢钢棒棒没没有有损损伤伤的的部部分分在在铁铁芯芯之之下下时时，，铁铁芯芯和和钢钢棒棒被被磁磁化化部部分分构构成成闭闭合合磁磁路路，，激激励励线线圈圈感感应应的的磁磁通通为为Φ，，此此时时无无泄泄漏漏磁磁通通，，磁磁场场二二极极管管探探头头没没有有信信号号输输出出若若钢钢棒棒上上的的裂裂纹纹旋旋至至铁铁芯芯下下，，裂裂纹纹处处的的泄泄漏漏磁磁通通作作用用于于探探头头，，探探头头将将泄泄漏漏磁磁通通量量转转换换成成电电压压信信号号，，经经放放大大器器放放大大输输出出，，根根据据指指示示仪仪表表的的示示值值可可以以得得知知待待测测铁铁棒棒中的缺陷中的缺陷 （四）、常用磁敏管的型号和参数（四）、常用磁敏管的型号和参数 3BCM型锗磁敏三极管参数表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= 0.1T5~1010~15 15~20 20~25>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℃ 75mA 3CCM型硅磁敏三极管参数表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%/℃ 6.5 霍尔式传感器霍尔式传感器 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。
1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应, 但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用随着半导体技术的发展, 开始用半导体材料制成霍尔元件, 由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量 一、一、 霍尔效应及霍尔元件霍尔效应及霍尔元件 1. 霍尔效应霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体, 当它的电流方向与磁场方向不一致时, 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势, 这种现象称霍尔效应该电势称霍尔电势 霍尔效应演示霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片向内侧偏移，在半导体薄片c、、d方向的端面之间建立起霍尔电势方向的端面之间建立起霍尔电势霍尔效应 如图所示, 在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板, 导电板通以电流I, 方向如图所示导电板中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动此时, 每个电子受洛仑磁力fl的作用， fl大小为 式中: e——电子电荷; v——电子运动平均速度; B——磁场的磁感应强度。
fl=eBv fl的方向在图 中是向上的, 此时电子除了沿电流反方向作定向运动外, 还在fl的作用下向上漂移, 结果使金属导电板上底面积累电子, 而下底面积累正电荷, 从而形成了附加内电场EH, 称霍尔电场, 该电场强度为 EH= 式中UH为电位差霍尔电场的出现, 使定向运动的电子除了受洛仑磁力作用外, 还受到霍尔电场的作用力, 其大小为eEH，此力阻止电荷继续积累 随着上、下底面积累电荷的增加, 霍尔电场增加, 电子受到的电场力也增加, 当电子所受洛仑磁力与霍尔电场作用力大小相等、 方向相反时, 即eEH=evB eEH=evB则 EH=vB （6 - 17）此时电荷不再向两底面积累, 达到平衡状态 若金属导电板单位体积内电子数为n, 电子定向运动平均速度为v, 则激励电流I=nevbd, 则 v= （6 - 18）将式（6 -18）代入式（6 - 17）得 EH= （6 -19） UH = （（6 -20）） 式式中中令令RH =1/（（ne））, 称称之之为为霍霍尔尔常常数数, 其其大大小小取取决决于于导导体载流子密度，则体载流子密度，则 （（6 - 21））式式中中KH=RH/d称称为为霍霍尔尔片片的的灵灵敏敏度度。
由由式式（（6 - 21））可可见见, 霍霍尔尔电电势势正正比比于于激激励励电电流流及及磁磁感感应应强强度度,其其灵灵敏敏度度与与霍霍尔尔常常数数RH成成正正比比而而与与霍霍尔尔片片厚厚度度d成成反反比比为为了了提提高高灵灵敏敏度度, 霍霍尔尔元元件件常制成薄片形状常制成薄片形状 而 代入 得 对霍尔片材料的要求对霍尔片材料的要求, 希望有较大的霍尔常数希望有较大的霍尔常数RH, 霍尔元件激励极间电阻霍尔元件激励极间电阻 R=ρL/（（bd））, 同时同时 R=UI/I=EIL/I=vL/（（μnevbd））其中其中UI为加在霍尔元件两端的激励电压，为加在霍尔元件两端的激励电压，EI为霍尔元件激励为霍尔元件激励极间内电场，极间内电场，v为电子移动的平均速度为电子移动的平均速度 则则 (7 - 17)解得解得 RH=μρ （（7 - 18））从从式式（（7 - 18））可可知知, 霍霍尔尔常常数数等等于于霍霍尔尔片片材材料料的的电电阻阻率率与与电电子子迁迁移移率率μ的的乘乘积积。
若若要要霍霍尔尔效效应应强强, 则则霍霍尔尔常常数数RH值值大大, 因因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率 一一般般金金属属材材料料载载流流子子迁迁移移率率很很高高, 但但电电阻阻率率很很小小; 而而绝绝缘缘材材料料电电阻阻率率极极高高, 但但载载流流子子迁迁移移率率极极低低故故只只有有半半导导体体材材料料适适于于制制造造霍霍尔尔片片目目前前常常用用的的霍霍尔尔元元件件材材料料有有: 锗锗、、 硅硅、、砷砷化化铟铟、、 锑锑化化铟铟等等半半导导体体材材料料 其其中中N型型锗锗容容易易加加工工制制造造, 其其霍霍尔尔系系数数、、 温温度度性性能能和和线线性性度度都都较较好好N型型硅硅的的线线性性度度最最好好, 其其霍霍尔尔系系数数、、 温温度度性性能能同同N型型锗锗相相近近锑锑化化铟铟对对温温度度最最敏敏感感, 尤尤其其在在低低温温范范围内温度系数大围内温度系数大, 但但在在室室温温时时其其霍霍尔尔系系数数较较大大砷砷化化铟铟的的霍霍尔尔系系数数较较小小, 温温度度系系数数也也较较小小, 输输出出特特性性线线性性度度好好。
表表 7 - 1 为为常常用用国国产产霍霍尔尔元件的技术参数元件的技术参数 2. 霍尔元件基本结构霍尔元件基本结构 霍霍尔尔元元件件的的结结构构很很简简单单, 它它由由霍霍尔尔片片、、 引引线线和和壳壳体体组组成成, 如如图图 7 - 9(a)所所示示 霍霍尔尔片片是是一一块块矩矩形形半半导导体体单单晶晶薄薄片片，， 引引出出四四个个引引线线1、、1′两两根根引引线线加加激激励励电电压压或或电电流流，，称称为为激激励励电电极极；；2、、2′引引线线为为霍霍尔尔输输出出引引线线，，称称为为霍霍尔尔电电极极 霍霍尔尔元元件件壳壳体体由由非非导导磁磁金金属属、、陶陶瓷瓷或或环环氧氧树树脂脂封封装装而而成成 在在电电路中霍尔元件可用两种符号表示，如图路中霍尔元件可用两种符号表示，如图7- 9(b)所示 3. 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 1）） 额定激励电流和最大允许激励电流额定激励电流和最大允许激励电流Ø 当当霍霍尔尔元元件件自自身身温温升升10℃时时所所流流过过的的激激励励电电流流称称为为额额定定激励电流激励电流。
Ø 以以元元件件允允许许最最大大温温升升为为限限制制所所对对应应的的激激励励电电流流称称为为最最大大允允许许激激励励电电流流因因霍霍尔尔电电势势随随激激励励电电流流增增加加而而线线性性增增加加, 所所以以, 使使用用中中希希望望选选用用尽尽可可能能大大的的激激励励电电流流, 因因而而需需要要知知道道元元件件的的最最大大允允许许激激励励电电流流, 改改善善霍霍尔尔元元件件的的散散热热条条件件, 可可以以使使激励电流增加激励电流增加 2）） 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻Ø 激励电极间的电阻值称为激励电极间的电阻值称为输入电阻输入电阻Ø 霍霍尔尔电电极极输输出出电电势势对对外外电电路路来来说说相相当当于于一一个个电电压压源源, 其其电电源源内内阻阻即即为为输输出出电电阻阻以以上上电电阻阻值值是是在在磁磁感感应应强强度度为为零零且环境温度在且环境温度在20℃±5℃时确定的时确定的 3）） 不等位电势和不等位电阻不等位电势和不等位电阻 当当霍霍尔尔元元件件的的激激励励电电流流为为I时时, 若若元元件件所所处处位位置置磁磁感感应应强强度度为为零零, 则则它它的的霍霍尔尔电电势势应应该该为为零零, 但但实实际际不不为为零零。
这这时时测测得得的的空载霍尔电势称不等位电势空载霍尔电势称不等位电势 产生这一现象的原因有产生这一现象的原因有: ①① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ②② 半半导导体体材材料料不不均均匀匀造造成成了了电电阻阻率率不不均均匀匀或或是是几几何何尺尺寸寸不均匀不均匀; ③③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等 不等位电势也可用不等位电阻表示不等位电势也可用不等位电阻表示 式中: U0——不等位电势; r0——不等位电阻; IH——激励电流 由上式可以看出, 不等位电势就是激励电流流经不等位电阻r0所产生的电压 4） 寄生直流电势寄生直流电势 在外加磁场为零, 霍尔元件用交流激励时, 霍尔电极输出除了交流不等位电势外, 还有一直流电势, 称寄生直流电势 其产生的原因有: ① 激励电极与霍尔电极接触不良, 形成非欧姆接触, 造成整流效果; ② 两个霍尔电极大小不对称, 则两个电极点的热容不同, 散热状态不同形成极向温差电势。
寄生直流电势一般在 1mV以下, 它是影响霍尔片温漂的原因之一 5）） 霍尔电势温度系数霍尔电势温度系数 在一定磁感应强度和激励电流下, 温度每变化1℃时, 霍尔电势变化的百分率称霍霍尔尔电电势势温温度度系系数数它同时也是霍尔系数的温度系数 4. 霍尔元件不等位电势补偿霍尔元件不等位电势补偿 不不等等位位电电势势与与霍霍尔尔电电势势具具有有相相同同的的数数量量级级，，有有时时甚甚至至超超过过霍霍尔尔电电势势，， 而而实实用用中中要要消消除除不不等等位位电电势势是是极极其其困困难难的的，，因因而而必必须须采采用用补补偿偿的的方方法法分分析析不不等等位位电电势势时时，，可可以以把把霍霍尔尔元元件件等等效效为一个电桥，为一个电桥， 用分析电桥平衡来补偿不等位电势用分析电桥平衡来补偿不等位电势 图6-12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几种补偿线路如图6-13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 图6-12 霍尔元件的等效电路 图6-13 不等位电势补偿电路 5. 霍尔元件温度补偿霍尔元件温度补偿 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们的许多参数都具有较大的温度系数当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度误差 为了减小霍尔元件的温度误差, 除除选选用用温温度度系系数数小小的的元元件件或或采采用用恒恒温温措措施施外外, 由UH=KHIB可看出：采采用用恒恒流流源源供供电电是是个个有有效效措措施施, 可可以以使使霍霍尔尔电电势势稳稳定定 但也只能减小由于输入电阻随温度变化而引起的激励电流I变化所带来的影响 霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数, 它随温度的变化引起霍尔电势的变化。
霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成 KH=KH0（1+αΔT） （（6 - 20）） 式中: KH0——温度T0时的KH值; ΔT =T- T0——温度变化量; α——霍尔电势温度系数 并并且且大大多多数数霍霍尔尔元元件件的的温温度度系系数数α是是正正值值, 它它们们的的霍霍尔尔电电势势随随温温度度升升高高而而增增加加（（1+αΔT））倍倍如如果果,与与此此同同时时让让激激励励电电流流I相相应应地地减减小小, 并并能能保保持持KHI乘乘积积不不变变, 也也就就抵抵消消了了灵灵敏敏系系数数KH增增加加的的影影响响图图 6- 14 就就是是按按此此思思路路设设计计的的一一个个既既简简单单、、 补偿效果又较好的补偿电路补偿效果又较好的补偿电路 图6-14 恒流温度补偿电路 电电路路中中用用一一个个分分流流电电阻阻Rp与与霍霍尔尔元元件件的的激激励励电电极极相相并并联联 当当霍霍尔尔元元件件的的输输入入电电阻阻随随温温度度升升高高而而增增加加时时, 旁旁路路分分流流电电阻阻Rp自自动动地地加加强强分分流流, 减减少少了了霍霍尔尔元元件件的的激激励励电电流流I, 从从而而达达到到补补偿的目的。
偿的目的 在在图图 6 - 14 所所示示的的温温度度补补偿偿电电路路中中, 设设初初始始温温度度为为T0, 霍霍尔尔元元件件输输入入电电阻阻为为Ri0, 灵灵敏敏系系数数为为KH1, 分分流流电电阻阻为为Rp0, 根根据据分流概念得分流概念得 IH0= （（6 - 21））当温度升至当温度升至T时时, 电路中各参数变为电路中各参数变为 Ri=Ri0（1+δΔT） （6 - 22） Rp=Rp0（1+βΔT） （6 -23）式中: δ——霍尔元件输入电阻温度系数; β——分流电阻温度系数则 虽然温度升高ΔT, 为使霍尔电势不变, 补偿电路必须满足温升前、 后的霍尔电势不变, 即 （6 -24） UH0=UH KH0IH0B=KHIHB （6 - 25）则 KH0IH0=KH IH （6 - 26）将式（6 - 20）、 （6 - 21）、 （6 - 24）代入上式, 经整理并略去α、β、 (ΔT)2高次项后得 Rp0= （6 - 27） 当霍尔元件选定后, 它的输入电阻Ri0和温度系数δ及霍尔电势温度系数α是确定值。
由式（6 - 27）即可计算出分流电阻Rp0及所需的温度系数β值为了满足R0及β两个条件, 分流电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联组合, 这样虽然麻烦但效果很好 二、二、 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用 1. 霍尔式微位移传感器霍尔式微位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点, 它不仅用于磁感应强度, 有功功率及电能参数的测量, 也在位移测量中得到广泛应用 图7 - 12 给出了一些霍尔式位移传感器的工作原理图 图（a）是磁场强度相同的两块永久磁铁, 同极性相对地放置, 霍尔元件处在两块磁铁的中间由于磁铁中间的磁感应强度B=0, 因此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零, 此时位移Δx=0若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移, 霍尔元件感受到的磁感应强度也随之改变, 这时UH不为零, 其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量, 这种结构的传感器, 其动态范围可达 5 mm, 分辨率为 0.001mm UH∝ ∝Kx 图（b）所示是一种结构简单的霍尔位移传感器, 由一块永久磁铁组成磁路的传感器, 在Δx=0 时, 霍尔电压不等于零。
图（c）是一个由两个结构相同的磁路组成的霍尔式位移传感器, 为了获得较好的线性分布, 在磁极端面装有极靴, 霍尔元件调整好初始位置时, 可以使霍尔电压UH=0 这种传感器灵敏度很高, 但它所能检测的位移量较小, 适合于微位移量及振动的测量 2. 霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器 图 7 - 13 是几种不同结构的霍尔式转速传感器 磁性转盘的输入轴与被测转轴相连, 当被测转轴转动时, 磁性转盘随之转动, 固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲, 检测出单位时间的脉冲数, 便可知被测转速磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率 3. 霍尔计数装置霍尔计数装置 霍尔开关传感器SL3501是具有较高灵敏度的集成霍尔元件, 能感受到很小的磁场变化, 因而可对黑色金属零件进行计数检测 图 7 - 14 是对钢球进行计数的工作示意图和电路图当钢球通过霍尔开关传感器时, 传感器可输出峰值20mV的脉冲电压, 该电压经运算放大器A（μA741）放大后, 驱动半导体三极管VT（2N5812）工作, VT输出端便可接计数器进行计数, 并由显示器显示检测数值。
–钢丝绳断丝检测钢丝绳断丝检测霍尔效应钢丝绳断丝检测装置 铁磁材料裂纹检测铁磁材料裂纹检测 NS 电流传感器电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测 霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点霍耳开关集成传感器霍耳开关集成传感器 由稳压电路、霍耳元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。
稳压电路稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作；开路输出开路输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口 1)1)霍耳开关集成传感器的结构及工作原理霍耳开关集成传感器的结构及工作原理霍耳开关集成传感器内部结构框图23输出+－稳压VCC1霍耳元件放大BT整形地H 3020T输出输出VoutR=2kΩ+12V123（（b）应用电路）应用电路 （（a）外型）外型 霍耳开关集成传感器的外型及应用电路霍耳开关集成传感器的外型及应用电路123 2)2)霍耳开关集成传感器的工作特性曲线霍耳开关集成传感器的工作特性曲线 从工作特性曲线上可以看出，工作特性有一定的磁滞BH，这对开关动作的可靠性非常有利 图中的BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度霍耳开关集成传感器的工作特性曲线霍耳开关集成传感器的工作特性曲线VOUT/V12ONOFFBRPBOPBHB霍耳开关集成传感器的技术参数： 工作电压 、磁感应强度、输出截止电压、 输出导通电流、工作温度、工作点0 该曲线反映了外加磁场与传感器输出电平的关系。
当外加磁感强度高于BOP时，输出电平由高变低，传感器处于开状态当外加磁感强度低于BRP时，输出电平由低变高，传感器处于关状态 3)3)霍耳开关集成传感器的应用霍耳开关集成传感器的应用 （1）霍耳开关集成传感器的接口电路RLVACVccVccVAC VccVACKVccKVccVACVccMOSVOUTVAC霍耳开关集成传感器的一般接口电路霍耳开关集成传感器的一般接口电路RL 霍尔位移传感器霍尔位移传感器 霍霍尔尔位位移移传传感感器器可可制制作作成成如如图图(a)所所示示结结构构在在极极性性相相反反、、磁磁场场强强度度相相同同的的两两个个磁磁钢钢的的气气隙隙间间放放置置一一个个霍霍尔尔元元件件当当控控制制电电流流I恒恒定定不不变变时时，，霍霍尔尔电电势势UH与与外外磁磁感感应应强强度度成成正正比比；；若若磁磁场场在在一一定定范范围围内内沿沿x方方向向的的变变化化梯梯度度dB/dx如如图图(b)所所示示为为一一常常数数时时，，则则当当霍霍尔尔元元件件沿沿x方方向向移移动动时时，，霍霍尔尔电电势势变变化也应是一个常数化也应是一个常数K（位移传感器的输出灵敏度）：（位移传感器的输出灵敏度）：即即UH∝∝Kx 。
这说明霍尔电势与这说明霍尔电势与位移量成线性关系其输出电势位移量成线性关系其输出电势的极性反映了元件位移方向磁的极性反映了元件位移方向磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好梯度越均匀，输出线性度越好 当当x＝＝0时，则元件置于磁场中心时，则元件置于磁场中心位置，位置，UH＝＝0这种位移传感器这种位移传感器一般可测量一般可测量1～～2mm的微小位移，的微小位移，其特点是惯性小，响应速度快，其特点是惯性小，响应速度快，无接触测量利用这一原理可以无接触测量利用这一原理可以测量与之有关的非电量，如力、测量与之有关的非电量，如力、压力、加速度、液位和压差等压力、加速度、液位和压差等 二、汽车霍尔点火器二、汽车霍尔点火器 上上图图是是霍霍尔尔电电子子点点火火器器结结构构示示意意图图将将霍霍尔尔元元件件(图图中中之之3)固固定定在在汽汽车车分分电电器器的的白白金金座座上上，，在在分分火火点点上上装装一一个个隔隔磁磁罩罩1，，罩罩的的竖竖边边根根据据汽汽车车发发动动机机的的缸缸数数，，开开出出等等间间距距的的缺缺口口2，，当当缺缺口口对对准准霍霍尔尔元元件件时时，，磁磁通通通通过过霍霍尔尔器器件件而而成成闭闭合合回回路路，，所所以以电电路路导导通通，，如如上上图图(a)所所示示，，此此时时霍霍尔尔电电路路输输出出低低电电平平（（小小于于等等于于0.4V））；；当当罩罩边边凸凸出出部部分分挡挡在在霍霍尔尔元元件件和和磁磁体体之之间间时时，，电电路路截截止，如上图止，如上图(b)所示，霍尔电路输出高电平。
所示，霍尔电路输出高电平 霍尔电子点火器原理如下图所示霍尔电子点火器原理如下图所示当霍尔传感器输出低电平时，当霍尔传感器输出低电平时，BG1截截止，止，BG2、、BG3导通，点火线圈的初导通，点火线圈的初级有一恒定电流通过当霍尔传感器级有一恒定电流通过当霍尔传感器输出高电平时，输出高电平时，BG1导通，导通，BG2、、BG3截止，点火器的初级电流截断，截止，点火器的初级电流截断，此时储存在点火线圈中的能量，在次此时储存在点火线圈中的能量，在次级线因以高压放电形式输出，即放电级线因以高压放电形式输出，即放电点火 汽车霍尔电子点火器，由于它无汽车霍尔电子点火器，由于它无触点、节油，能适用于恶劣的工作环触点、节油，能适用于恶劣的工作环境和各种车速，冷起动性能好等特点，境和各种车速，冷起动性能好等特点，目前国外已广泛采用目前国外已广泛采用 三、磁敏二极管漏磁探伤仪三、磁敏二极管漏磁探伤仪 磁磁敏敏二二极极管管漏漏磁磁探探伤伤仪仪是是利利用用磁磁敏敏二二极极管管可可以以检检测测弱弱磁磁场场变变化化的的特特性性而而设设计计的的原原理理如如图图所所示示。
漏漏磁磁探探伤伤仪仪由由激激励励线线圈圈2、、铁铁芯芯3、、放放大大器器4、、磁磁敏敏二二极极管管探探头头5等等部部分分构构成成将将待待测测物物1 (如如钢钢棒棒)置置于于铁铁芯芯之之下下，，并并使使之之不不断断转转动动，，在在铁铁芯芯、、线线圈圈激激磁磁后后，，钢钢棒棒被被磁磁化化若若待待测测钢钢棒棒没没有有损损伤伤的的部部分分在在铁铁芯芯之之下下时时，，铁铁芯芯和和钢钢棒棒被被磁磁化化部部分分构构成成闭闭合合磁磁路路，，激激励励线线圈圈感感应应的的磁磁通通为为Φ，，此此时时无无泄泄漏漏磁磁通通，，磁磁场场二二极极管管探探头头没没有有信信号号输输出出若若钢钢棒棒上上的的裂裂纹纹旋旋至至铁铁芯芯下下，，裂裂纹纹处处的的泄泄漏漏磁磁通通作作用用于于探探头头，，探探头头将将泄泄漏漏磁磁通通量量转转换换成成电电压压信信号号，，经经放放大大器器放放大大输输出出，，根根据据指指示示仪仪表表的的示示值值可可以以得得知知待待测测铁铁棒棒中的缺陷中的缺陷 四、四、半导体半导体InSbInSb磁敏无接触电位器磁敏无接触电位器 半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏无无接接触触电电位位器器是是半半导导体体InSbInSb磁磁阻阻效效应应的的典典型型应应用用之之一一。
与与传传统统电电位位器器相相比比, ,它它具具有有无无可可比比拟拟的的优优点点: :无无接接触触电电刷刷、、无无电电接接触触噪噪音音、、旋旋转转力力矩矩小小、、分分辨辨率率高高、、高高频频特特性性好好、、可可靠靠性性高高、、寿寿命命长长半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏无无接接触触电电位位器器是是基基于于半半导导体体InSbInSb磁磁阻阻效效应应原原理理，，由由半半导导体体InSbInSb磁磁敏敏电电阻阻元元件件和和偏偏置置磁磁钢钢组组成成；；其其结结构构与与普普通通电电位位器器相相似似由由于于无无电电刷刷接接触触，，故故称称无接触电位器无接触电位器磁敏无接触电位器工作原理示图和输出特性曲线0°90°-90° 该电位器的核心是差分型结构的两个半园形磁敏电阻；它们被安装在该电位器的核心是差分型结构的两个半园形磁敏电阻；它们被安装在同一旋转轴上的半园形永磁钢上，其面积恰好覆盖其中一个磁敏电阻；随同一旋转轴上的半园形永磁钢上，其面积恰好覆盖其中一个磁敏电阻；随着旋转轴的转动，磁钢覆盖于磁阻元件的面积发生变化，引起磁敏电阻值着旋转轴的转动，磁钢覆盖于磁阻元件的面积发生变化，引起磁敏电阻值发生变化，旋转转轴，即能调节其阻值。
其工作原理和输出电压随旋转角发生变化，旋转转轴，即能调节其阻值其工作原理和输出电压随旋转角度变化的关系曲线如图所示度变化的关系曲线如图所示 五、锑化铟五、锑化铟(InSb)磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用磁阻传感器在磁性油墨鉴伪点钞机中的应用 InSb伪伪币币检检测测传传感感器器安安装装在在光光磁磁电电伪伪币币检检测测机机上上，，其其工工作作过过程程如如上上图所示，电路原理图如下图所示图所示，电路原理图如下图所示 电路工作原理图InSb伪币检测传感器工作原理与输出特性 当纸币上的磁性油墨当纸币上的磁性油墨没有进入位置没有进入位置1时，设输出时，设输出变化为零，如果进入位置变化为零，如果进入位置1，由于，由于R2电阻增大，则输电阻增大，则输出变化为出变化为0.3mV左右；如果左右；如果进入位置进入位置3时，则仍为时，则仍为0；；如果进入位置如果进入位置4，则为，则为-0.3mV，如果进入位置，如果进入位置5，，则仍为则仍为0，就这样产生输出，就这样产生输出特性，经过放大、比较、特性，经过放大、比较、脉冲展宽、显示，就能检脉冲展宽、显示，就能检测伪币，达到理想效果。
测伪币，达到理想效果 光光电电传传感感器器光热效应光热效应光子效应光子效应外光电效应外光电效应 内光电效应内光电效应 光电发射效应光电发射效应 光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管光电导光电导光敏电阻、光导管光敏电阻、光导管 光生伏特光生伏特 光电池、光电二极管光电池、光电二极管 测辐射热测辐射热 热敏电阻、测辐射热计热敏电阻、测辐射热计 温差电温差电 热电，热电堆热电，热电堆 热释电热释电 热释电探测器热释电探测器 金属或半导体受光照时，如果入射的光子能金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应电效应 当光照射到物体上使物体向真空中发射当光照射到物体上使物体向真空中发射电子电子 当光照物体时，光当光照物体时，光电子不逸出体外的电子不逸出体外的光电效应称为内光光电效应称为内光电效应电效应光照使材料的电导率发生变化光照使材料的电导率发生变化 光照使材料产生产生光生电动势光照使材料产生产生光生电动势 单个光子直接对产生光电子起作用的光电效应单个光子直接对产生光电子起作用的光电效应探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而把吸收的光能转变为晶格热运动，引起探态的改变，而把吸收的光能转变为晶格热运动，引起探测元件温度上升；温升使探测元件的电学性质发生变化测元件温度上升；温升使探测元件的电学性质发生变化 。