磁敏二极管工作原理

先讲一下二极管的工作原理：

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n　结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

磁敏二极管工作原理

在电路中，P＋区接正电极，N＋区接负电极，即给磁敏二极管加上正电压时，P＋区向i区注人空穴，N＋区向i区注入电子。在没有外加磁场时，大部分的空穴和电子分别流人N＋区和P＋区而产生电流，只有很少一部分载流子在i区或r区复合，如图(a)所示。此时;区有固定的阻值，器件呈稳定状态。若给磁敏二极管外加一个磁场B＋时，在正向磁场的作用下，空穴和电子在洛仑兹力的作用下偏向r区，如图(b)所示。由于空穴和电子在，区的复合速率大，因此载流子复合掉的比没有磁场时大得多，从而使i区中的载流子数目减少，i区电阻增大，该区的电压降也增加，又使P＋与N＋结的结压降减小，导致注人到i区的载流子数目减少。其结果是使i区的电阻继续增大，其压降也继续增大，形成正反馈过程，直到迸人某一动平衡状态为止。当给磁敏二极管加一个反向磁场B-时，载流子在洛仑兹力的作用下均偏离复合区r，如图(c)所示。其偏离，区的结果与加正向磁场时的情况恰恰相反，此时磁敏二极管的正向电流增大，电阻减小。

                  磁敏二极管工作原理图

从以上的工作过程可以看出，磁敏二极管是采用电子与空穴双重注人效应及复合效应原理工作的，具有很高的灵敏度。由于磁敏二极管在正、负磁场作用下，其输出信号增量的方向不同，因此利用这一点可以判别磁场方向。

磁敏二极管是一种新型的磁电转换器件。这种元件比霍尔元件的探测灵敏度高，且具有体积小、响应快、无触点、输出功率大及线性特性好的优点。该器件在磁力探测、无触点开关、位移测量、转速测量及其他各种自动化设备上得到了广泛的应用。
     磁敏二极管内部结构与普通二极管不同，在Ｐ区与Ｎ区之间有一线度远大于载流子扩散长度的高纯空间电荷区——１区，在１区的一个侧面上，嵌有一载流子高复合区——Ｒ区，其基本结构如图１所示。该管采用电子与空穴双注入效应及复合效应来控制流过ＰＮ结的电流。在外界磁场的作用下，两效应作用结果以乘积取值。因此它具有很高的探测灵敏度。当外界无磁场时，加正向电压，Ｎ区电子大部分注入Ｐ区空穴内（图２），只有少数载流子在１区及Ｒ区复合，器件呈稳定状态。若外界加一正向磁场Ｂ＋（图３）时，在正向磁场洛仑兹力的作用下，空穴及电子运动方向均偏向Ｒ区，空穴及电子在Ｒ区的复合率极高，因此大部分载流子在Ｒ区复合，则１区中载流子数目大为减少，Ｒ区电阻随之增大，压降亦增大，从而循环产生正反馈，使该管外部表现为电阻增大，电流减小，压降增大；反之，外界加Ｂ－（图４）时，则外部表现为电阻减小，电流增大，压降减小。
     磁敏二极管的电压输出特性如图５所示，由图可看出，在弱磁场作用下，输出电压（Ｕ）与磁感应强度（Ｂ）成正比呈线性关系，磁敏二极管的伏安特性如图６所示。在磁感应强度Ｂ不同时，有着不同的伏安特性曲线，ＡＢ为负载线。由图可以看出，通过磁敏二极管的电流越大，在同一磁场作用下，输出电压越高，灵敏度也越高。在负向磁场作用下，其电阻小、电流大；在正向磁场作用下，其电阻大，电流小。
     最后，在选择该管时还要注意一些重要的参数，额定工作电压：Ｖ０；工作电流：Ｌ０；及使用频限ｆ０。例如国产２ＡＣＭ－１Ａ管，其Ｖ０＝１２Ｖ，２ｍＡ＜Ｉ０＜２１５ｍＡ，ｆ０＜１０ｋＨｚ。