磁敏二極管工作原理

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

當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場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(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

磁敏二極管工作原理

在電路中，P＋區(qū)接正電極，N＋區(qū)接負(fù)電極，即給磁敏二極管加上正電壓時，P＋區(qū)向i區(qū)注人空穴，N＋區(qū)向i區(qū)注入電子。在沒有外加磁場時，大部分的空穴和電子分別流人N＋區(qū)和P＋區(qū)而產(chǎn)生電流，只有很少一部分載流子在i區(qū)或r區(qū)復(fù)合，如圖(a)所示。此時;區(qū)有固定的阻值，器件呈穩(wěn)定狀態(tài)。若給磁敏二極管外加一個磁場B＋時，在正向磁場的作用下，空穴和電子在洛侖茲力的作用下偏向r區(qū)，如圖(b)所示。由于空穴和電子在，區(qū)的復(fù)合速率大，因此載流子復(fù)合掉的比沒有磁場時大得多，從而使i區(qū)中的載流子數(shù)目減少，i區(qū)電阻增大，該區(qū)的電壓降也增加，又使P＋與N＋結(jié)的結(jié)壓降減小，導(dǎo)致注人到i區(qū)的載流子數(shù)目減少。其結(jié)果是使i區(qū)的電阻繼續(xù)增大，其壓降也繼續(xù)增大，形成正反饋過程，直到迸人某一動平衡狀態(tài)為止。當(dāng)給磁敏二極管加一個反向磁場B-時，載流子在洛侖茲力的作用下均偏離復(fù)合區(qū)r，如圖(c)所示。其偏離，區(qū)的結(jié)果與加正向磁場時的情況恰恰相反，此時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

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

磁敏二極管是一種新型的磁電轉(zhuǎn)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(yīng)快、無觸點、輸出功率大及線性特性好的優(yōu)點。該器件在磁力探測、無觸點開關(guān)、位移測量、轉(zhuǎn)速測量及其他各種自動化設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。
磁敏二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，在Ｐ區(qū)與Ｎ區(qū)之間有一線度遠(yuǎn)大于載流子擴散長度的高純空間電荷區(qū)——１區(qū)，在１區(qū)的一個側(cè)面上，嵌有一載流子高復(fù)合區(qū)——Ｒ區(qū)，其基本結(jié)構(gòu)如圖１所示。該管采用電子與空穴雙注入效應(yīng)及復(fù)合效應(yīng)來控制流過ＰＮ結(jié)的電流。在外界磁場的作用下，兩效應(yīng)作用結(jié)果以乘積取值。因此它具有很高的探測靈敏度。當(dāng)外界無磁場時，加正向電壓，Ｎ區(qū)電子大部分注入Ｐ區(qū)空穴內(nèi)（圖２），只有少數(shù)載流子在１區(qū)及Ｒ區(qū)復(fù)合，器件呈穩(wěn)定狀態(tài)。若外界加一正向磁場Ｂ＋（圖３）時，在正向磁場洛侖茲力的作用下，空穴及電子運動方向均偏向Ｒ區(qū)，空穴及電子在Ｒ區(qū)的復(fù)合率極高，因此大部分載流子在Ｒ區(qū)復(fù)合，則１區(qū)中載流子數(shù)目大為減少，Ｒ區(qū)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(xiàn)為電阻增大，電流減小，壓降增大；反之，外界加Ｂ－（圖４）時，則外部表現(xiàn)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，在弱磁場作用下，輸出電壓（Ｕ）與磁感應(yīng)強度（Ｂ）成正比呈線性關(guān)系，磁敏二極管的伏安特性如圖６所示。在磁感應(yīng)強度Ｂ不同時，有著不同的伏安特性曲線，ＡＢ為負(fù)載線。由圖可以看出，通過磁敏二極管的電流越大，在同一磁場作用下，輸出電壓越高，靈敏度也越高。在負(fù)向磁場作用下，其電阻小、電流大；在正向磁場作用下，其電阻大，電流小。
最后，在選擇該管時還要注意一些重要的參數(shù)，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。