Τι είναι οι μαγνητοδιόδους και πού χρησιμοποιούνται

Η μαγνητόδιοδος είναι ένας τύπος διόδου ημιαγωγών, το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της οποίας μπορεί να αλλάξει υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου.

Κανονικός δίοδος ημιαγωγών έχει μια λεπτή βάση έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο να αλλάζει ελαφρώς το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του. Ενώ οι μαγνητοδιόδους διακρίνονται από μια παχιά (μακριά) βάση, με την οποία το μήκος διαδρομής για το ρεύμα υπερβαίνει σημαντικά το μήκος που διαχέεται από τους φορείς που εγχέονται στη βάση.

Το παραδοσιακό πάχος της βάσης είναι μόνο μερικά χιλιοστά και η αντίστασή της είναι συγκρίσιμη με την άμεση αντίσταση p-n-διασταύρωση… Καθώς αυξάνεται η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου που κατευθύνεται μέσω αυτού, η αντίσταση της βάσης αυξάνεται σημαντικά, παρόμοια με αυτή ενός μαγνητοαντίστασης.

Σε αυτή την περίπτωση, η συνολική αντίσταση της διόδου αυξάνεται επίσης και το ρεύμα προς τα εμπρός μειώνεται.Αυτό το φαινόμενο μείωσης του ρεύματος οφείλεται επίσης στο γεγονός ότι όταν η αντίσταση βάσης γίνεται μεγαλύτερη, η τάση ανακατανέμεται, η πτώση τάσης στη βάση αυξάνεται και η πτώση τάσης στη διασταύρωση p-n μειώνεται και το ρεύμα μειώνεται ανάλογα.

Η επίδραση της μαγνητοδιόδου μπορεί να διερευνηθεί ποσοτικά εξετάζοντας το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της μαγνητοδιόδου, το οποίο φαίνεται στο σχήμα. Εδώ είναι προφανές ότι όσο αυξάνεται η μαγνητική επαγωγή, το προς τα εμπρός ρεύμα μειώνεται.

Το γεγονός είναι ότι η μαγνητόδιοδος διαφέρει από τις συνηθισμένες δίοδοι ημιαγωγών στο ότι είναι κατασκευασμένη από έναν ημιαγωγό με υψηλή αντίσταση, η αγωγιμότητα του οποίου είναι κοντά στη δική του και το μήκος της βάσης d είναι αρκετές φορές μεγαλύτερο από το μήκος απόκλισης του ο διάχυτος φορέας L .Ενώ στις συνηθισμένες διόδους το d είναι μικρότερο από το L.

Σημειώστε ότι οι μαγνητοδίοδοι χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη πτώση τάσης προς τα εμπρός, σε αντίθεση με τις κλασικές διόδους, η οποία οφείλεται ακριβώς στην αυξημένη αντίσταση της βάσης. Με άλλα λόγια, μια μαγνητοδίοδος είναι μια συσκευή ημιαγωγών με σύνδεση pn και μη ανορθωτικές επαφές μεταξύ των οποίων υπάρχει μια περιοχή ημιαγωγών υψηλής αντίστασης.

Οι μαγνητικές δίοδοι κατασκευάζονται από ημιαγωγούς όχι μόνο με υψηλή αντίσταση, αλλά και με τη μεγαλύτερη δυνατή κινητικότητα φορέων φορτίου. Συχνά, η δομή της μαγνητοδιόδου p-i-n, ενώ η περιοχή i είναι επιμήκης και έχει σημαντική αντίσταση, σε αυτό ακριβώς παρατηρείται ένα έντονο φαινόμενο μαγνητοαντίστασης. Σε αυτή την περίπτωση, η ευαισθησία των μαγνητικών διόδων στις αλλαγές της μαγνητικής επαγωγής είναι υψηλότερη από αυτή των αισθητήρων Hall που είναι κατασκευασμένοι από το ίδιο υλικό.

Για παράδειγμα, για μαγνητοδιόδους KD301V σε B = 0 και I = 3 mA, η πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου είναι 10 V και σε B = 0,4 T και I = 3 mA — περίπου 32 V. Στην κατεύθυνση προς τα εμπρός σε υψηλά επίπεδα έγχυσης , η αγωγιμότητα της μαγνητοδιόδου καθορίζεται από φορείς μη ισορροπίας που εγχέονται στη βάση.

Η πτώση τάσης συμβαίνει κυρίως όχι στη διασταύρωση p-n, όπως σε μια συμβατική δίοδο, αλλά σε μια βάση με υψηλή αντίσταση. Εάν η μαγνητική δίοδος που φέρει ρεύμα τοποθετηθεί σε εγκάρσιο μαγνητικό πεδίο Β, τότε η αντίσταση βάσης θα αυξηθεί. Αυτό θα προκαλέσει μείωση του ρεύματος μέσω της μαγνητικής διόδου.

Στις «μακριές» διόδους (d / L> 1, όπου d είναι το μήκος της βάσης, L είναι το πραγματικό μήκος της πόλωσης διάχυσης), η κατανομή του φορέα και επομένως η αντίσταση της διόδου (βάσης) προσδιορίζεται επακριβώς από το μήκος L.

Η μείωση του L προκαλεί μείωση της συγκέντρωσης των φορέων που δεν βρίσκονται σε ισορροπία στη βάση, δηλαδή αύξηση της αντίστασής της. Αυτό, όπως σημειώθηκε παραπάνω, προκαλεί αύξηση της πτώσης τάσης βάσης και μείωση της διασταύρωσης p-n (στο U = const).

Το μήκος L μπορεί να αλλάξει εφαρμόζοντας μαγνητικό πεδίο στη δίοδο. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα πρακτικά οδηγεί σε συστροφή των κινούμενων φορέων και μειώνεται η κινητικότητά τους, επομένως μειώνεται και το L. Ταυτόχρονα, οι γραμμές ρεύματος επιμηκύνονται, δηλαδή αυξάνεται το πραγματικό πάχος της βάσης. Αυτό είναι το φαινόμενο μαζικής μαγνητικής διόδου.

Οι μαγνητικές δίοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως και ποικιλοτρόπως: κουμπιά και πλήκτρα χωρίς επαφή, αισθητήρες για τη θέση κινούμενων σωμάτων, μαγνητική ανάγνωση πληροφοριών, έλεγχος και μέτρηση μη ηλεκτρικών μεγεθών, μετατροπείς μαγνητικού πεδίου και μορφοτροπείς γωνίας.

Οι μαγνητοδίοδοι βρίσκονται σε ρελέ χωρίς επαφή, οι μαγνητοδίοδοι στα κυκλώματα αντικαθιστούν τους συλλέκτες των κινητήρων συνεχούς ρεύματος. Υπάρχουν ενισχυτές μαγνητικής διόδου AC και DC όπου η είσοδος είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό πηνίο που οδηγεί τη μαγνητική δίοδο και η έξοδος είναι το ίδιο το κύκλωμα της διόδου. Σε ρεύματα έως 10 Α, μπορούν να ληφθούν κέρδη της τάξης των 100.

Η εγχώρια βιομηχανία παράγει διάφορους τύπους μαγνητοδιόδων. Η ευαισθησία τους κυμαίνεται από 10-9 έως 10-2 A / m. Υπάρχουν επίσης μαγνητοδιόδους ικανές να προσδιορίζουν όχι μόνο την ένταση του μαγνητικού πεδίου, αλλά και την κατεύθυνσή του.

Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι η χρήση μαγνητικών διόδων απαιτεί μια πηγή σταθερού ή μεταβλητού μαγνητικού πεδίου. Ως τέτοια πηγή μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνιμοι μαγνήτες ή ηλεκτρομαγνήτες. Οι μαγνητικές δίοδοι πρέπει να εγκατασταθούν έτσι ώστε οι γραμμές μαγνητικού πεδίου να είναι κάθετες στις πλευρικές επιφάνειες της κατασκευής ημιαγωγών.

Η λειτουργία μαγνητικών διόδων επιτρέπεται όταν συνδέονται σε σειρά. Εάν είναι απαραίτητη η λειτουργία των μαγνητικών διόδων σε συνθήκες σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος έως και 98% και σε θερμοκρασία 40 ° C, συνιστάται επιπλέον σφράγιση με χρήση ενώσεων με βάση εποξειδικές ρητίνες.