文档介绍：基础物理实验研究性实验报告
巨磁电阻效应及其应用
目录
摘要 1
基本原理 1
实验仪器 2
实验仪主机 2
基本特性组件模块 3
电流测量组件 3
角位移测量组件 3
磁读写组件 4
放大器工作所需的±8V 电源。
巨磁阻实验仪操作面板
基本特性组件模块
基本特性组件由 GMR 模拟传感器、螺线管线圈、输入输出插孔组成，用以对 GMR 的磁电转换特性，磁阻特性进行测量。
GMR 传感器置于螺线管的中央。螺线管用于在实验过程中产生大小可计算的磁场，由理论分析可知，无限长直螺线管内部轴线上任一点的磁感应强度为：
B= I! 0nl
式中n为线圈密度，I为流经线圈的电流强度，采用国际单位制时，由上式计算
出的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉=10000高斯，卩=4兀X10一7H /m为
0
真空中的磁导率）。
基本特性组件
电流测量组件
电流测量组件将导线置于 GMR 模拟传感器近旁，用 GMR 传感器测量导线通过不同大小电流时导线周围的磁场变化，就可确定电流大小。与一般测量电流需将电流表接入电路相比，这种非接触测量不干扰原电路的工作，具有特殊的优点。
电流测量组件
角位移测量组件
角位移测量组件用巨磁阻梯度传感器作传感元件，铁磁性齿轮转动时，齿牙干扰了梯度传感器上偏置磁场的分布，使梯度传感器输出发生变化，每转过一齿，就输出类似正弦波一个周期的波形。利用该原理可以测量角位移（转速，速度）。汽车上的转速与速度测量仪就是利用该原理制成的。
角位移测量组件
磁读写组件用于演示磁记录与读出的原理。磁卡做记录介质，磁卡通过写磁
头时可写入数据，通过读磁头时将写入的数据读出来。
磁读写组件
磁读写组件
R
R
Ll
输
R3
R4
㈠
R4
n
输入+
a几何结构
输入一
b电路连接
磁通聚集器
图 9 GMR 模拟传感器结构图
实验内容
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，图 9 是某型号传感器的结构。
就不会有信号输
对于电桥结构，如果4个GMR电阻对磁场的响应完全同步，
出。图9中，将处在电桥对角位置的两个电阻R3、R4覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，而R1、R2阻值随外磁场改变。设无外磁场时4个GMR电阻的阻值均为R，R1、R2在外磁场作用下电阻减小AR,简单分析表明，输出电压：
U =U ・△ R/(2R- A R)
out IN
1—I
HHitT
磁电转换特性的测量原理图
实验装置：巨磁阻实验仪，基本特性组件。主要步骤：将基本特性组件的功能切换按钮切换为“传感器测量”，实验仪的 4 伏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。
调节励磁电流，从 100mA 开始逐渐减小，每隔 10mA 记录相应的输出电压于表格中。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，并记录相应的输出电压。电流至一 100mA后，逐渐减小负向电流，记录相应的输出电压，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，记录相应的输出电压，直到100mA o
磁阻特性测量
为对构成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，就可计算磁
磁阻特性测量原理图
实验装置：巨磁阻实验仪，基本特性组件。主要步骤：将基本特性组件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”
调节励磁电流，从100mA开始逐渐减小磁场强度，每隔10mA记录相应的磁阻电流到表格中。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，并记录相应的输出电压。
电流至一 100mA后，逐渐减小负向电流，记录相应的磁阻电流，直到电流 100mAo电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性。
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。
/高
－20 －10 0 10 20 30