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Z-半导体敏感元件原理和应用
Z-半导体敏感元件原理和应用 表2、光敏Z-元件应用电路与输出信号波形阻态图 图8是光电计数器电路。D1是缓冲级D2-1、D2-2是信号反相级,供计数级选 择。R1、V1、V2、R2、R3构成了温度补偿电桥,其中,V2避光,V1受光,且V1、V2 应选择反向灵敏度温漂DTR相近的Z-元件。R2用来调整在最大温漂状态下,无光 照时D1保持输出为低电平。在被计数的物品遮挡一次光照时,D1输出一个负脉 冲,D2-1、D2-2输出的计数脉冲可供选择。当工作温度变化时,因D1两个输入端等 电位同步变化,不致产生误动作。光敏Z-元件还有更多的场合能够应用,这里不一一例举。
七、 磁敏Z-元件及其技术参数 1.磁敏Z-元件的结构、电路符号及命名方法 磁敏Z-元件是一种经过特殊掺杂而制得的改性PN结。图9(a)是结构示意, 图9(b)是电路符号,“+”表示正向使用时接电源“+”端,M表示对磁场敏感。
表3、磁敏Z-元件分档代号与技术参数 名称 符号 阈值电压分档代号 单位 测试条件(T=20°C) 10 20 30 31 阈值电压Vth 10 10-20 20-30 30 V RL:5~150kW 阈值磁场 Bth 1 300 mT RL:5~150kW 2 300 阈值电流 Ith 1 ￡2 ￡3 3 mA RL:5kW 磁场范围B 1 (1~1.5)Bth mT RL:5~150kW 2 频率范围 f kHz RL:5kW 输出幅值 VP.P 3Vth/6 V RL:5~150kW 频率灵敏度 SF 20 Hz/mT RL:5~150kW 电压灵敏度 ST -300 mV/100mTEVth+RL.Ith 磁敏Z-元件的命名方法有两种: 国内命名法 国际命名法 2.磁敏Z-元件的伏安特性曲线 磁敏Z-元件的伏安特性,应当在无磁场的情况下进行测量,图9(c)是伏安特 性测量电路,正向伏安特性的测量电路与方法与温敏Z-元件的相同[6]。
图9(d)的伏安特性中OP段为高阻区,记为M1,pf段为负阻区,记为M2,fm为 低阻区,记为M3区。特性中的Vth叫做阈值电压,表示在25℃时两端电压的最大值。
Ith叫做阈值电流,是Z-元件电压为Vth时的电流。Vf叫做导通电压,是M3区电压的 最小值。If叫做导通电流,是对应Vf的电流,是低阻区电流最小值。反向特性无磁 敏。
3.磁敏Z-元件的分档代号与技术参数 磁敏Z-元件的技术参数列于表3,磁敏Z-元件的分档代号有两个,一个是Vth, 共分四档;另一个是阈值磁场,共分两档。磁敏Z-元件的技术参数符合 QJ/HN003-1998。
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( 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。
