磁敏晶体管是一种新型的磁电转换器件,该器件的灵敏度比霍尔元器件高得多,同样具有无触点、输出功率大、响应快、成本低等优点。它在磁力探测、无损探伤、位移测量、转速测量等领域有着广泛的应用。
1)磁敏晶体管的基本结构及工作原理
如图6-9 所示为磁敏晶体管工作原理示意图。图6-9(a)是无外加磁场作用情况。对从发射极e 注入i 区的电子来讲,由于i 区较长,所以,在横向电场Ube的作用下,其中大部分电子与i 区中的空穴复合形成基极电流,少部分电子到集电极形成集电极电流。显然,这时基极电流大于集电极电流。图6-9(b)是有外加正向磁场B+作用的情况。从发射极注入i 区的电子,除受横向电场Ube作用外,还受磁场洛仑兹力的作用,使其向复合区r 方向偏转。结果使注入集电极的电子数和流入基区电子数的比例发生变化,原来进入集电极的部分电子改为进入基区,使基极电流增加,而集电极电流减小。根据磁敏二极管的工作原理,由于流入基区的电子要经过高复合区r,使载流子大量地复合,所以i 区载流子的浓度会大大减少而成为高阻区。高阻区的存在又使发射结上电压减少,从而使注入i 区的电子数大量减少,使集电极电流进一步减小。流入基区的电子数,开始因洛仑兹力的作用引起增加,后又因发射结电压下降而引起减少,总的结果是基极电流基本不变。图6-9(c)是有外加反向磁场B-作用的情况。其工作过程正好与加上正向电场B+的情况相反,集电极电流增加,而基极电流仍基本上保持不变。
图6-9 磁敏晶体管工作原理示意图
(a)无外加磁场;(b)外加正向磁场;(c)外加反向磁场(www.daowen.com)
由此可以看出,磁敏晶体管工作原理与磁敏二极管完全相同。当无外界磁场作用时,i 区较长,在横向电场作用下,发射极电流大部分形成基极电流,小部分形成集电极电流。在正向或反向磁场作用下,会引起集电极电流的减小或增大。因此,可以用磁场方向控制集电极电流的增大或减小,用磁场的强弱控制集电极电流增大或减小的变化量。
2)磁敏晶体管的主要技术特性
(1)磁灵敏度h±。磁敏晶体管的磁灵敏度是指当基极电流恒定,外加磁感应强度B=0时的集电极电流Ico与外加磁感应强度B=±0.1T 时的集电极电流Ic±相对变化值,即
(2)磁电特性。磁敏晶体管的磁电特性是在基极电流恒定时,集电极电流与外加磁场的关系。在弱磁场作用下,磁电特性接近线性。
(3)温度特性。磁敏晶体管的基区宽度比载流子扩散长度大,基区输送的电流主要是漂移电流,所以磁敏晶体管集电极电流的温度特性具有负的温度系数,即随着温度的升高,集电极电流下降。磁敏晶体管对温度较敏感,实际使用时应进行温度补偿。
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