当材料处于磁场中时,导体或半导体内的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消,那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数目将减少,电阻增大,表现出横向磁阻效应。如果将图1 中a、b端短接,霍尔电场将不存在,所有电子将向a端偏转,磁阻效应更明显。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小,即用△ρ/ρ(0)表示,其中ρ(0)为零磁场时的电阻率,设磁电阻阻值在磁感应强度为b的磁场中电阻率为ρ(b),则△ρ=ρ(b)-ρ(0), 由于磁阻传感器电阻的相对变化率△r/r(0)正比于△ρ/ρ(0), 这里△r =r(b) -r(0),因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量△r/r(0)来表示磁阻效应的大小。 实验证明,当金属或半导体处于较弱磁场中时,一般磁阻传感器电阻相对变化率δr/r(0)正比于磁感应强度b的平方,而在强磁场中δr/r(0)与磁感应强度b呈线性函数关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。 如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中,由于磁电阻相对变化量δr/r(0)正比于b2,那么磁阻传感器的电阻r将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中磁阻传感器具有交流电倍频性能。 若外界交流磁场的磁感强度b为 (1) 式中, 为磁感应强度的振幅, 为角频率,t为时间。 设在弱磁场中, (2) (2)式中,k为常量。假设电流恒定为 ,由(1)式和(2)式可得 (3) (3)式中, 为不随时间变化的电阻值,而 为以角频率2ω作余弦变化的电阻值。因此,磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中,将产生倍频交流电阻值变化。 由(3)式可知磁阻上的分压为 振荡频率两倍的交流电压和一直流电压的叠加。