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王建林 姜毓锋 付佳工学专栏:Z-半导体敏感元件原理与应用四

作者:江苏天源    添加时间:2014/9/29 8:59:19    浏览量:

八、 磁敏Z-元件的磁敏特性

磁敏Z-元件的正向伏安特性,可用图9(c)所示电路进行测量,与温敏Z-元件正向伏安特性测量电路与方法相同。[6]
磁敏Z-元件在磁场中,其伏安特性曲线形状发生了变化,因而,技术参数也发生了变化。磁场由弱到强的变化过程,技术参数的变化范围如表3所示。

1.阈值磁场:Bth(mT )

磁敏Z-元件置于磁场中,如图10所示。电路中产生了自激振荡,输出信号VO的波形类似于温敏Z-元件的下降沿触发的脉冲频率信号。使Z-元件刚刚起振的磁场,定义为阈值磁场,用Bth表示。

2.磁场范围:B(mT)

磁场范围,表示维持Z-元件正常振荡的磁场,其值为(1~1.5)Bth。

3.频率范围:f(Hz)

Z-元件在磁场中正常的信号频率范围。

4.频率灵敏度:SF(Hz/mT)

磁敏Z-元件在磁场中产生振荡后,频率的变化量Df(Hz)与磁场变化量DB(mT)之比为频率灵敏度SF(Hz/mT):

      (5)

5.电压灵敏度ST(mV/mT)

磁敏Z-元件在磁场中,Vf向右平移增大,磁场越强,Vf增加的越多,见图11。电压灵敏度ST等于导通电压Vf的增量DVf与磁场变化增量DB之比。

(mV/mT) (6)

磁敏Z-元件在实验中,除上述参数用来表述在磁场中变化外,还有一种在磁场中的特性没有相应的参数可以表示。例如,在磁场中,Vf阶跃式的增大,同时Vth也增大,幅度变化为:

Vf:(1~3) Vf,Vth: Vth+(0~1V),

参见图11。这一特性非常适合制作磁控开关、转速表等。

九、 磁敏Z-元件的应用电路

磁敏Z-元件是一个非线性元件[1],典型应用电路为Z-元件与一个负载电阻RL串联的电路。RL的一个作用是限制工作电流,另一个作用是可以从RL与Z-元件连接点处取出输出信号,如图12(a)所示。Z-元件允许并联一个电容器,输出脉冲频率信号。

1. 工作在M3区输出阶跃信号

磁敏Z-元件工作在哪一个区,与电源电压E的大小有关。在温敏Z-元件工作中,由M1区向M3区转换的过程中,电源电压E,负载电阻RL与Z-元件的参数Vth 、Ith,必须满足的条件-状态方程为:

E= Vth +IthRL (7)

该方程仍然适用于磁敏Z-元件。

图12是输出阶跃信号的电路图,工作状态解析图和信号波形图。为了保证Z-元件工作在M3区,P(Vth,Ith)点必须设定在负载线(E,E/RL)的左侧,并应考虑温度的影响,在应用的温度范围内,能可靠地工作在M3区。

从解析图中已知道,无磁场时工作点为Q1(Vf,IZ1),输出为VO=VOL=Vf。加入300mT磁场,P1(Vth1,Ith1)移至P2(Vth2,Ith2),P2点在直线(E,E/RL)的左侧,Q2(VZ2,IZ2)点在OP2上,这时的输出为:VO=VOH=E- IZ2RL

当磁场为B=0时,VO又恢复为低电平,即VO=VOL=Vf。

2. 并联电容器M1→M3,M3→M1互相转换输出脉冲频率信号

图13是磁敏Z-元件输出脉冲频率信号电路。Z-元件在磁场中产生的自激振荡,其脉冲频率信号往往不够稳定[1]、[2],因而采用Z-元件并联电容器的方法,改善振荡的稳定性和电源电压的适应性。这个脉冲频率信号是下降沿触发的,其频率受磁场的调制,信号频率与磁场的关系参见图13(c)。

磁敏Z-元件的应用电路图12(a),可以把Z-元件与RL互换位置,其输出信号是关于电源电压E的互补信号,参看表4-3,其信号变化幅度的绝对值|DVO|相等,前者输出信号是由低电平上升为高电平,后者输出信号是由高电平下降为低电平。