巨磁电阻实验报告Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:15000584
- 上传时间:2022-10-26
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:479.49KB
巨磁电阻实验报告Word文档下载推荐.docx
《巨磁电阻实验报告Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《巨磁电阻实验报告Word文档下载推荐.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
由图可见,随着外磁场增大,电阻逐渐减小,其间有一段线性区域。
当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后,继续加大磁场,电阻不再减小,进入磁饱和区域。
磁阻变化率ΔR/R达百分之十几,加反向磁场时磁阻特性是对称的。
注意到图2中的曲线有两条,分别对应增大磁场和减小磁场时的磁阻特性,这是因为铁磁材料都具有磁滞特性。
有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献。
其一,界面上的散射。
无外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向相反,无论电子的初始自旋状态如何,从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都面临状态改变(平行-反平行,或反平行-平行),电子在界面上的散射几率很大,对应于高电阻状态。
有外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向一致,电子在界面上的散射几率很小,对应于低电阻状态。
其二,铁磁膜内的散射。
即使电流方向平行于膜面,由于无规散射,电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。
无外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向相反,无论电子的初始自旋状态如何,在穿行过程中都会经历散射几率小(平行)和散射几率大(反平行)两种过程,两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联,对应于高电阻状态。
有外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向一致,自旋平行的电子散射几率小,自旋反平行的电子散射几率大,两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联,对应于低电阻状态。
多层膜GMR结构简单,工作可靠,磁阻随外磁场线性变化的范围大,在制作模拟传感器方面得到广泛应用。
在数字记录与读出领域,为进一步提高灵敏度,发展了自旋阀结构的GMR。
【实验装置】
巨磁电阻实验仪;
基本特性组件;
电流测量组件;
角位移测量组件;
磁读写组件;
【实验内容】
一、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量
在将GMR构成传感器时,为了消除温度变化等环境因素对输出的影响,一般采用桥式结构。
a几何结构b电路连接
GMR模拟传感器结构图
对于电桥结构,如果4个GMR电阻对磁场的影响完全同步,就不会有信号输出。
图17-9中,
GMR模拟传感器的磁电转换特性
模拟传感器磁电转换特性实验原理图
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中,功能切换按钮切换为“传感器测量”。
实验仪的4V电压源接至基本特性组件“巨磁电阻供电”,恒流源接至“螺线管电流输入”,基本特性组件“模拟信号输出”接至实验仪电压表。
按表1数据,调节励磁电流,逐渐减小磁场强度,记录相应的输出电压于表格“减小磁场”列中。
由于恒流源本身不能提供负向电流,当电流减至0后,交换恒流输出接线的极性,使电流反向。
再次增大电流i,此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负,从上到下记录相应的输出电压。
电流至-100mA后,逐渐减小负向电流,电流到0时同样需要交换恒流输出的极性。
从下到上记录数据于表一“增大磁场”列中。
理论上讲,外磁场为零时,GMR传感器的输出应为零,但由于半导体工艺的限制,4个桥臂电阻值不一定完全相同,导致外磁场为零时输出不一定为零,在有的传感器中可以观察到这一现象。
根据螺线管上表明的线圈密度,由公式
(1)计算出螺线管内的磁感应强度B。
以磁感应强度B作横坐标,电压表的读数为纵坐标作出磁电转换特性曲线。
不同外磁场强度时输出电压的变化反映了GMR传感器的磁电转换特性,同一外磁场强度下输出电压的差值反映了材料的磁滞特性。
表1GMR模拟传感器磁电转换特性的测量(电桥电压4V)
磁感应强度/高斯
输出电压/mV
励磁电流/mA
减小磁场
增大磁场
100
231
233
90
80
230
232
70
229
60
223
222
50
202
195.0
40
167.2
154.6
30
129.8
114.7
20
92
75.7
10
56.7
43.2
5
40.4
15.3
24.3
19.3
-5
11.2
36.9
-10
39.4
52.8
-20
73.4
88.1
-30
110.5
125.9
-40
150.4
164
-50
189.6
200
-60
220
224
-70
-80
-90
-100
234
二、GMR磁阻特性测量
磁阻特性测量原理图
为加深对巨磁电阻效应的理解,我们对构成GMR模拟传感器的磁阻进行测量。
将基本特性组件的功能切换按钮切换为“巨磁阻测量”,此时被磁屏蔽的两个电桥电阻R3、R4被短路,而R1、R2并联。
将电流表串连进电路中,测量不同磁场时回路中电流的大小,就可以计算磁阻。
实验装置:
巨磁阻实验仪,基本特性组件。
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中,功能切换按钮切换为“巨磁阻测量”。
实验仪的4伏电压源串连电流表后,接至基本特性组件“巨磁电阻供电”,恒流源接至“螺线管电流输入”。
按表2数据,调节励磁电流,逐渐减小磁场强度,记录相应的磁阻电流于表格“减小磁场”列中。
由于恒源流本身不能提供负向电流,当电流减至0后,交换恒流输出接线的极性,使电流反向。
再次增大电流,此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负,从上到下记录相应的输出电压。
电流至一100mA后,逐渐减小负向电流,电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性。
从下到上记录数据于“增大磁场”列中。
由欧姆定律R=U/I计算磁阻。
以磁感应强度B作横坐标,磁阻为纵坐标做出磁阻特性曲线。
应该注意,由于模拟传感器的两个磁阻是位于磁通聚集器中,与图3相比,我们作出的磁阻曲线斜率大了约10倍,磁通聚集器结构使磁阻灵敏度大大提高。
不同外磁场强度时磁阻的变化反映了GMR的磁阻特性,同一外磁场强度的差值反映了材料的磁滞特性。
表2GMR磁阻特性的测量(磁阻两端电压4V)
磁阻/Ω
磁阻电流/mA
1.912
1.910
1.911
1.909
1.900
1.908
1.892
1.891
1.876
1.852
1.831
1.807
1.786
1.763
1.748
1.725
1.713
1.709
1.696
1.692
1.676
1.678
1.699
1.704
1.716
1.738
1.752
1.776
1.793
1.818
1.838
1.864
1.882
1.896
1.905
1.906
三、GMR开关(数字)传感器的磁电转换特性曲线测量
将GMR模拟传感器与比较电路,晶体管放大电路集成在一起,就构成GMR开关(数字)传感器,结构如图14所示。
比较电路的功能是,当电桥电压低于比较电压时,输出低电平。
当电桥电压高于比较电压时,输出高电平。
选择适当的GMR电桥并结合调节比较电压,可调节开关传感器开关点对应的磁场强度。
图15是某种GMR开关传感器的磁电转换特性曲线。
当磁场强度的绝对值从低增加到12高斯时,开关打开(输出高电平),当磁场强度的绝对值从高减小到10高斯时,开关关闭(输出低电平)。
实验仪的4伏电压源接至基本特性组件“巨磁电阻供电”,“电路供电”接口接至基本特性组件对应的“电路供电”输入插孔,恒流源接至“螺线管电流输入”,基本特性组件“开关信号输出”接至实验仪电压表。
从50mA逐渐减小励磁电流,输出电压从高电平(开)转变为低电平(关)时记录相应的励磁电流于表3“减小磁场”列中。
当电流减至0后,交换恒流输出接线的极性,使电流反向。
再次增大电流,此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负,输出电压从低电平(关)转变为高电平(开)时记录相应的负值励磁电流于表3“减小磁场”列中。
将电流调至-50mA。
逐渐减小负向电流,输出电压从高电平(开)转变为低电平(关)时记录相应的负值励磁电流于表3“增大磁场”列中,电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性。
输出电压从低电平(关)转变为高电平(开)时记录相应的正值励磁电流于表3“增大磁场”列中。
表3GMR开关传感器的磁电转换特性测量高电平=V低电平=V
开关动作
关
开
根据螺线管上标明的线圈密度,由公式
(1)计算出螺线管内的磁感应强度B。
以磁感应强度B作横座标,电压读数为纵座标作出开关传感器的磁电转换特性曲线。
利用GMR开关传感器的开关特性已制成各种接近开关,当磁性物体(可在非磁性物体上贴上磁条)接近传感器时就会输出开关
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 磁电 实验 报告