磁敏電阻工作原理與特性

什么是磁敏電阻

磁敏電阻是一種對磁敏感、具有磁阻效應的電阻元件。物質在磁場中電阻發生變化的現象稱為磁阻效應。磁敏電阻通常用銻化銦（InSb）或砷化銦（InAs）等對磁具有敏感性的半導體材料制成。半導體材料的磁阻效應包括物理磁阻效應和幾何磁阻效應，其中物理磁阻效應又稱為磁電阻率效應。

當外加磁場的方向或強度發生變化時，磁敏電阻的阻值相應改變［2］，利用該變化，可精確地測試出磁場的相對位移。例如，在一個長方形半導體InSb片中，沿長度方向有電流通過時，若在垂直于電流片的寬度方向上施加一個磁場，半導體InSb片長度方向上就會發生電阻率增大的現象。

磁敏電阻器的特點

1、磁阻效應原理；

2、磁檢測靈敏度高；

3、輸出信號幅值大；

4、抗電磁干擾能力強；

5、分辨力高。

磁敏電阻器的主要參數

1）磁阻比：指在某一規定的磁感應強度下，磁敏電阻器的阻值與零磁感應強度下的阻值之比。

2）磁阻系數：指在某一規定的磁感應強度下，磁敏電阻器的阻值與其標稱阻值之比。

3）磁阻靈敏度：指在某一規定的磁感應強度下，磁敏電阻器的電阻值隨磁感應強度的相對變化率。

磁敏電阻工作原理

磁敏材料

磁敏材料能通過磁阻效應將磁信號轉換成電信號。磁阻效應包括材料的電阻率隨磁場而變化和元件電阻值隨磁場而變化兩種現象。前者稱磁電阻率效應或物理磁阻效應，后者稱為磁電阻效應或幾何磁阻效應。

磁敏電阻材料主要是電子遷移率大的半導體材料，還有鐵鎳鈷合金。常用的半導體有InSb（或InSb-NiSb共晶材料）、砷化銦（InAs）和砷化鎵（GaAs）等材料，一般用N型。

高純度InSb和InAs的電子遷移率分別為5.6～6.5m/（V·s）和2.0～2.5m/（V·s）。InSb的禁帶寬度小，受溫度影響大。GaAs的禁帶寬度大，電子遷移率也相當大［0.8m/（V·s）］，受溫度影響小，且靈敏度也高。

鎳鈷合金和鎳鐵合金的電阻溫度系數小，性能穩定，靈敏度高，且具有方向性，可制作強磁性磁阻器件，用于磁阻的檢測等方面。

用半導體材料制作的磁敏電阻器、無觸點電位器、模擬運算器和磁傳感器等應用于測量、計算機、無線電和自動控制等方面。半導體InSb-NiSb磁敏電阻器用于磁場、電流、位移和功率測量及模擬運算器等方面，其阻值為10Ω～1kΩ，相對靈敏度6～18（B=1T），溫度系數-2.9%～0.09%（1/℃）（B=1T），極限工作頻率1～10MHz。在測量小于0.01T的弱磁場時，必須附加以偏置磁場才能進行。

Ni-Co薄膜磁敏電阻器主要用于探測磁場方向、磁帶位置檢測、測量和控制轉速或速度以及無觸點開關等方面。阻值有1、10、250kΩ，相對靈敏度2%以上（3&TImes;10T下），溫度系數3000±500&TImes;10（1/℃），感應磁場3&TImes;10T以上，工作溫度-55～150℃。在檢測磁場反轉或可逆磁場以下的磁信號時，也應采用偏置磁場。

結構及原理

1.、半導體磁敏電阻

通常半導體磁敏電阻是由基片、半導體電阻條（內含短路條）和引線三個主要部分組成的。基片又叫襯底，一般是用0.1~0.5mm厚的云母、玻璃作成的薄片，也有使用陶瓷或經氧化處理過的硅片作基片的。電阻條一般是用銻化錮（InSb）或砷化銦（InAs）等半導體材料制成的半導體磁敏電阻條，在制造過程中，為了提高磁敏電阻的阻值，縮小其體積、提高靈敏度常把它作成如圖1所示的結構。

圖1 半導體磁敏電阻構造

半導體材料的電阻率ρ隨外磁場強度變化而變化的現象叫作半導體的物理磁阻效應或叫作磁阻率效應。這是由于在外施磁場的作用下，流經半導體磁敏電阻的載流子受洛侖茲力的作用使其流動路徑發生偏斜，從而造成它從一個電極流到另一個電極所流過的途經（即載流子運動的軌跡）要比無磁場作用時所通過的途經要長，故其電阻值增大。我們把載流子在磁場作用下的平均偏斜角度θ叫作平均霍爾角。它與外施磁場及載流有如下關系：

式μc中為電子遷移率；B為外施磁場的磁感應強度。從式（1）可以看出：半導體磁敏電阻材料的載流子遷移率越大，其偏斜的平均霍爾角就越大，電阻的變化就越大。這種電阻的變化和磁場強度的關系大致可以認為：在弱磁場的作用下，半導體磁敏電阻的相對變化率R/R0與所施磁場的磁感應強度B的平方成正比；而在強磁場的作用下，半導體磁敏電阻的相對變化率ΔR/R0則與所施磁場的磁感應強度B成正比。

2、磁性金屬薄膜磁敏電阻

強磁性金屬薄膜磁敏電阻器件的結構如圖2所示，和半導體磁敏電阻一樣，它也是由基片、強磁性金屬薄膜的電阻體和內外引線三部分組成的。基片一般是用厚為0.1~0.5mm的玻璃片、高頻陶瓷片或經氧化處理的硅片制成；電阻體通常是采用半導體平面工藝中的真空鍍膜（或濺射）、光刻、腐蝕工藝而制成的；內引線是用硅鋁絲或金絲采用超聲壓焊或金絲球焊而焊接的，外引線是用非磁性的銅片等材料焊接的。

圖2 強磁性金屬薄膜磁敏電阻構造

磁敏電阻電路符號

下圖為磁敏電阻在電路中的圖形符號，用大寫的R表示電阻，用字母M表示其阻值與磁性相關。

下圖所示是3根引腳磁敏電阻的等效電路，兩根引腳之間加有5V直流工作電壓，另一根引腳輸出信號。

磁敏電阻的應用

1.作控制元件

可將磁敏電阻用于交流變換器、頻率變換器、功率電壓變換器、磁通密度電壓變換器和位移電壓變換器等等。

2.作計量元件

可將磁敏電阻用于磁場強度測量、位移測量、頻率測量和功率因數測量等諸多方面。

3.作模擬元件

可在非線性模擬、平方模擬、立方模擬、三次代數式模擬和負阻抗模擬等方面使用。

4.作運算器

可用磁敏電阻在乘法器、除法器、平方器、開平方器、立方器和開立方器等方面使用。

5.作開關電路

可應用在在接近開關、磁卡文字識別和磁電編碼器等方面。

6.作磁敏傳感器

用磁敏電阻作核心元件的各種磁敏傳感器，其工作原理都是相同的，只是根據用途、結構不同而種類各異。主要有：

①測磁傳感器。如新型磁通表，測定恒定磁場及交變磁場或電機電器等剩磁的儀器，用于航海、航空的導航儀器。

②轉速傳感器。如構成新型的數字式轉速表、頻率計等。

③位移和角位移傳感器。微位移傳感器是工業用機器人的基本器件。

④鐵磁物質探傷用的傳感器。

⑤可變電阻器、無接觸電位器以及無觸點、高性能的磁開關（作定位及控制用）。

磁敏電阻和電子元件配合可以構成振蕩器、乘法器、函數發生器、調制器、交直流變換器和倍頻器等，還可用來鑒別磁性油墨印的紙幣和票證的真偽。

磁敏電阻應用電路

下圖所示是磁敏電阻應用電路，電路中，R1和R2是磁敏電阻，A1為電壓比較器。

電路中，R3和R4構成分壓電路，其輸出電壓通過電阻R6加到A1的2腳，作為基準電壓。當磁場發生改變時，磁敏電阻R1和R2分壓電路輸出電壓大小發生變化，這一變化的電壓通過電阻R5加到A1的1腳，這樣A1的輸出端3腳電壓大小也隨之做相應的改變，這一變化信號經C1耦合后得到輸出信號U。

壹芯微科技針對二三極管,MOS管作出了良好的性能測試，應用各大領域，如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經理給您精準的報價以及產品介紹