巨磁阻抗效应的测试电路制作

巨磁阻抗效应的测试电路制作

随着科技的发展，磁场传感器在各个领域取得了突破性的发展。在当今信息社会中，磁场传感器在信息技术和产业中成为不可或缺的一部分。如霍尔传感器，磁通门传感器等。而巨磁阻抗效应（ Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)的发现，使更加微型，灵敏度高，响应速度快，成本低，适用范围广的磁场传感器成为可能，开发出更多的新型传感器。

本文分析了非晶材料的巨磁阻抗效应的原理，介绍了影响非晶材料的巨磁阻抗效应的因素，通过Co基非晶带，设计和制作巨磁阻抗效应的测试电路，其中包括信号发生电路，前置放大电路，整流电路和稳压电路。

通过对电路的分析和调试，制作出电路。分析电路的稳定度特性，频率响应特性，灵敏度特性。测量材料的GMI效应，非晶带在外磁场变化的磁阻抗变化率MIR%能达到100%，磁场测量范围为0~160Oe。测试结果表明电路灵敏度高，性能稳定，而且其结构简单，成本低，具有广泛应用前景。

关键词：巨磁阻抗效应，电路制作，非晶材料，磁场传感器

第一章 引言

随着社会的高速发展和科技的迅速进步，在计算机、通信及办公自动化设备渐渐成

为人们生活中不可或缺的一部分的时候，对其中的磁场传感器要求更进一步，老旧，性能低，大型的磁场传感器已经不能满足日益增加的需要，而如今的趋势需要体积小，灵敏度高，低功耗，响应速度快的磁场传感器。

表一 各种传感器的参数

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1988年法国巴黎大学的Fert研究小组Baibich发现，在Fe/Cr相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场的变化会导致电阻大小的急剧变化，称之为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。虽然提高了霍尔元件和磁阻元件的灵敏度，而且在数据领域中加以应用，但GMR效应也存在很多的问题，实际应用中对材料的限制很大，而且灵敏度不够高，极大的限制了GMR的实用价值。

自1992年，日本名古屋大学的K.MOHRI教授等在Co基软磁非晶丝的实验处理后，发现在几O e磁场中材料的阻抗变化能达到50%以上。这种材料在外加磁场的作用下的交流阻抗，变化灵敏，响应快被称作为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。这个新发现与已经发现的巨磁电阻效应相比，材料的阻抗所观察到的变化率要高1个量级。由于GMI效应具有响应速度快，灵敏度变化高和稳定性好等特点，GMI效应材料在研制灵敏度高、稳定性好、低功耗、微型化的磁敏的传感器中传感器中具有巨大的潜能。

由于GMI效应材料多种多样，及其传统的测试和应用电路普遍都有不同的缺陷，而且各自激励信号的频率和电压都有较大差别。而对非晶丝的研究大部分集中在钴基和铁基上，其中钴基也是目前为止GMI效应测试最为显著的材料，因为其具有良好的软磁性能，在弱磁场下产生的GMI小应可以满足微型磁场传感器体积小，灵敏度高，性能稳定，低功耗，频带宽，响应速度快的需要。于是，根据这个要求，我们选用了具有磁致伸缩系数为零的Co基材料。

而本项目通过设计制作频率特性稳定，电路简单的电路，来测试Co基非晶带的GMI效应，并作了系统研究。

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第二章 巨磁阻抗效应的概述

2.1巨磁阻抗效应的发展

GMI效应的灵感来自于磁感应（Magneto Inductive)的物理现象，这是在1935年被俄罗斯的Harrison发现，即铁线圈被施加了磁场后会导致其感抗变化，但由于当时工艺水平，材料以及应用领域的限制，几十年间并没有被人们关注。

1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态合金，制作了数十个微米厚度的薄带，这样的非晶态软磁合金的磁性能非常优越。

1992年，日本名古屋大学的K.MOHRI教授和瑞典的皇家工学院的K.V.RAO合作发现：在10~120?m的CoFeSiB非晶丝两端通上高频电流，非晶丝两端产生的感应电压会随着外加磁场的变化而发生灵敏的变化，这种效应称为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。

1994年，巴西的Machado等人利用高频电流驱动CoFeSiB非晶丝，结果发现两端的阻抗随外磁场的变化而发生很明显的变化，他们称这个效应为“交流巨磁阻（AC Giant Resistance)效应。

同年西班牙的Velazquez,日本的Panina和Beach等人在研究巨磁电感效应和交流巨磁阻效应的时候发现，在实质上两者只是交流阻抗的损耗部分和电感部分在不同的交

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