磁敏二極管工作原理

晶體二極管為一個(gè)由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí)，由于p-n　結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。

當外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。

當外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現象。

磁敏二極管工作原理

在電路中，P＋區接正電極，N＋區接負電極，即給磁敏二極管加上正電壓時(shí)，P＋區向i區注人空穴，N＋區向i區注入電子。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，大部分的空穴和電子分別流人N＋區和P＋區而產(chǎn)生電流，只有很少一部分載流子在i區或r區復合，如圖(a)所示。此時(shí);區有固定的阻值，器件呈穩定狀態(tài)。若給磁敏二極管外加一個(gè)磁場(chǎng)B＋時(shí)，在正向磁場(chǎng)的作用下，空穴和電子在洛侖茲力的作用下偏向r區，如圖(b)所示。由于空穴和電子在，區的復合速率大，因此載流子復合掉的比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)大得多，從而使i區中的載流子數目減少，i區電阻增大，該區的電壓降也增加，又使P＋與N＋結的結壓降減小，導致注人到i區的載流子數目減少。其結果是使i區的電阻繼續增大，其壓降也繼續增大，形成正反饋過(guò)程，直到迸人某一動(dòng)平衡狀態(tài)為止。當給磁敏二極管加一個(gè)反向磁場(chǎng)B-時(shí)，載流子在洛侖茲力的作用下均偏離復合區r，如圖(c)所示。其偏離，區的結果與加正向磁場(chǎng)時(shí)的情況恰恰相反，此時(shí)磁敏二極管的正向電流增大，電阻減小。

磁敏二極管工作原理圖

從以上的工作過(guò)程可以看出，磁敏二極管是采用電子與空穴雙重注人效應及復合效應原理工作的，具有很高的靈敏度。由于磁敏二極管在正、負磁場(chǎng)作用下，其輸出信號增量的方向不同，因此利用這一點(diǎn)可以判別磁場(chǎng)方向。

磁敏二極管是一種新型的磁電轉換器件。這種元件比霍爾元件的探測靈敏度高，且具有體積小、響應快、無(wú)觸點(diǎn)、輸出功率大及線(xiàn)性特性好的優(yōu)點(diǎn)。該器件在磁力探測、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、位移測量、轉速測量及其他各種自動(dòng)化設備上得到了廣泛的應用。
磁敏二極管內部結構與普通二極管不同，在Ｐ區與Ｎ區之間有一線(xiàn)度遠大于載流子擴散長(cháng)度的高純空間電荷區——１區，在１區的一個(gè)側面上，嵌有一載流子高復合區——Ｒ區，其基本結構如圖１所示。該管采用電子與空穴雙注入效應及復合效應來(lái)控制流過(guò)ＰＮ結的電流。在外界磁場(chǎng)的作用下，兩效應作用結果以乘積取值。因此它具有很高的探測靈敏度。當外界無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，加正向電壓，Ｎ區電子大部分注入Ｐ區空穴內（圖２），只有少數載流子在１區及Ｒ區復合，器件呈穩定狀態(tài)。若外界加一正向磁場(chǎng)Ｂ＋（圖３）時(shí)，在正向磁場(chǎng)洛侖茲力的作用下，空穴及電子運動(dòng)方向均偏向Ｒ區，空穴及電子在Ｒ區的復合率極高，因此大部分載流子在Ｒ區復合，則１區中載流子數目大為減少，Ｒ區電阻隨之增大，壓降亦增大，從而循環(huán)產(chǎn)生正反饋，使該管外部表現為電阻增大，電流減小，壓降增大；反之，外界加Ｂ－（圖４）時(shí)，則外部表現為電阻減小，電流增大，壓降減小。
磁敏二極管的電壓輸出特性如圖５所示，由圖可看出，在弱磁場(chǎng)作用下，輸出電壓（Ｕ）與磁感應強度（Ｂ）成正比呈線(xiàn)性關(guān)系，磁敏二極管的伏安特性如圖６所示。在磁感應強度Ｂ不同時(shí)，有著(zhù)不同的伏安特性曲線(xiàn)，ＡＢ為負載線(xiàn)。由圖可以看出，通過(guò)磁敏二極管的電流越大，在同一磁場(chǎng)作用下，輸出電壓越高，靈敏度也越高。在負向磁場(chǎng)作用下，其電阻小、電流大；在正向磁場(chǎng)作用下，其電阻大，電流小。
最后，在選擇該管時(shí)還要注意一些重要的參數，額定工作電壓：Ｖ０；工作電流：Ｌ０；及使用頻限ｆ０。例如國產(chǎn)２ＡＣＭ－１Ａ管，其Ｖ０＝１２Ｖ，２ｍＡ＜Ｉ０＜２１５ｍＡ，ｆ０＜１０ｋＨｚ。