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Z-半导体敏感元件原理与应用五
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广告招租，e-mail:yesize@hotmail.com 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1 3(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。 十、 磁敏Z-元件特性与应用电路总结 (a)电路 (b)信号波形 图14 流量传感器 (a)电路 (b)信号波形 图15 报警传感器 磁敏Z-元件正向特性对磁场敏感，反向无磁敏特性。它的阈值点P(Vth，Ith)中，Vth为正磁系数，Ith有较小的负磁系数。磁敏Z-元件也有两个稳定的工作状态，即VZ≥Vth时工作在低阻M3区，当VZ<Vth时，工作在M1区。Vf为正磁系数。在磁场作用下，工作在M3区的Z-元件当VZ≤Vf时，能自动从M3区回到M1区，磁场消失后，又回到M3区。它的工作电路，我们建议为2个：一个为开关电路，另一个为(并联电容器的)脉冲频率电路。四个主要参数为Vth、Ith、Vf、If。 十一、磁敏Z-元件应用示例 1． 流量脉冲传感器 该流量传感器电路示于图14，这是一个RL与磁敏Z-元件串联的电路。Z-元件工作在M3区，电源电压E应大于（Vth +IthRL），使之在允许的工作温度范围内，能可靠地工作在M3区。 由N、S磁极构成的平行磁场固定在转盘上，当流体冲击转盘转动时，只在磁极罩在磁敏Z-元件上的一瞬间，输出端输出一个高电平VOH，磁极离去时，输出为低电平VOL。转盘上的磁 极对数根据实际需要选择，两个高电平的间隔时间tx是流量的函数，经过标定以后，可编成查表程序用低功耗单片机进行显示，并需要输出相应信号。
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