8實(shí)驗(yàn)八-銻化銦磁電阻傳感器的磁阻特性測(cè)量及應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八435銻化銦磁阻特性測(cè)量銻化銦磁阻特性測(cè)量磁阻器件由于靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如：數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測(cè)，導(dǎo)航系統(tǒng)、偽鈔檢測(cè)、位置測(cè)量等，其中最典型的銻化銦（InSb）傳感器是一種價(jià)格低廉、靈敏度高的磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，使用兩種材料的傳感器：利用砷化鎵（GaAs）霍爾傳感器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度，研究銻化銦（InSb）磁阻傳感

2、器的電阻隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化情況。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)量銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的關(guān)系。2、作出銻化銦傳感器的電阻變化與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。3、對(duì)此關(guān)系曲線的非線性區(qū)域和線性區(qū)域分別進(jìn)行曲線和直線擬合。二、實(shí)驗(yàn)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器FD－MR－Ⅱ型磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀（：直流雙路恒流電源、0～2~2V直流數(shù)字電壓表、電磁鐵、數(shù)字式毫特儀（GaAs作探測(cè)器）、銻化銦（InSb）磁阻傳感器、電磁鐵及雙向單刀開(kāi)關(guān)等）、示波器、電阻箱、

3、電磁鐵、正弦交流低頻發(fā)生器，雙向單刀開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理在一定條件下，載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化的規(guī)律稱為磁阻效應(yīng)。如圖431所示，當(dāng)半導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)，如果霍爾電場(chǎng)作用和某一速度的載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將減少，電阻增大出現(xiàn)橫向磁阻效應(yīng)

4、。如果將圖431中的a端和b端短路，磁阻效應(yīng)更明顯。通常以電阻率的相對(duì)改變量來(lái)表示磁阻的大小，即用表示。其中為零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率，設(shè)磁阻在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)作用下的)0(???)0(?電阻率為，則。由于磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化率△RR(0)正比于)B(?)0()B(??????，這里△R=R(B)－R(0)，因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)改變量△RR(0)來(lái))0(???表示磁阻效應(yīng)的大小。測(cè)量磁阻電阻值R與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系所用實(shí)驗(yàn)裝

5、置及線路如圖432所示。若外界交流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：B=B0cosωt(431)(431)式中，B0為磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅，為角頻率，t為時(shí)間。?設(shè)在弱磁場(chǎng)中ΔRR(0)=KB2(432)(432)式中，K為常量。由（431）式和（432）式可得(433)tKBRKBRRtKBRRRRRRDRRBR??2cos)0(21)0(21)0(cos)0()0()]0()[0()0()0()(2020220??????????2202200R(

6、B)R(0)(0)(0)[(0)](0)(0)cos11(0)(0)(0)cos222RRRRRRRKBtRRKBRKBtww=D=D==(433)(433)式中，為不隨時(shí)間變化的電阻值，而為以角20)0(21)0(KBRR?tcos2kB)0(R2120?頻率2ω作余弦變化的電阻值。因此，磁阻傳感器的電阻值在弱正弦波交流磁場(chǎng)中，將產(chǎn)生倍頻交流電阻阻值變化。以銻化銦為例，磁阻在交流磁場(chǎng)下對(duì)正弦信號(hào)的倍頻效應(yīng)可以形象直觀地說(shuō)明磁場(chǎng)在小于0

7、.06T時(shí)，該磁阻器件的特性非常類似于光學(xué)二階非線性效應(yīng)。與銻化銦器件有類似性質(zhì)的由四只薄膜合金器件組成的非平衡電橋磁阻傳感器已將磁阻器件集成化，并通過(guò)附加場(chǎng)的補(bǔ)償作用使測(cè)量區(qū)域處于線性區(qū)域，更方便地應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、探礦和軍事等領(lǐng)域中。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1在銻化銦磁阻傳感器電流或電壓保持不變的條件下，測(cè)量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化關(guān)系，作△RR(0）與B的關(guān)系曲線，并進(jìn)行曲線擬合。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意GaAs和I