Czym są magnetodody i gdzie są stosowane

Magnetodioda jest rodzajem diody półprzewodnikowej, której charakterystyka prądowo-napięciowa może zmieniać się pod wpływem pola magnetycznego.

Normalna dioda półprzewodnikowa ma cienką podstawę, dzięki czemu pole magnetyczne nieznacznie zmienia swoją charakterystykę prądowo-napięciową. Natomiast magnetodody wyróżniają się grubą (długą) podstawą, przy której długość ścieżki dla prądu znacznie przekracza rozproszoną długość nośników wtryskiwanych do podstawy.

Tradycyjna grubość podstawy to zaledwie kilka milimetrów, a jej wytrzymałość jest porównywalna z odpornością bezpośrednią złącze p-n… Wraz ze wzrostem indukcji skierowanego przez nią pola magnetycznego znacznie wzrasta rezystancja podstawy, podobnie jak w przypadku magnetorezystora.

W takim przypadku całkowita rezystancja diody również wzrasta, a prąd przewodzenia maleje.To zjawisko redukcji prądu wynika również z faktu, że gdy rezystancja bazy staje się większa, napięcie ulega redystrybucji, spadek napięcia na bazie wzrasta, a spadek napięcia na złączu p-n maleje, a prąd odpowiednio maleje.

Wpływ magnetodiody można zbadać ilościowo, patrząc na charakterystykę prądowo-napięciową magnetodiody, co pokazano na rysunku. Tutaj jest oczywiste, że wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej prąd przewodzenia maleje.

Faktem jest, że magnetodioda różni się od zwykłych diod półprzewodnikowych tym, że jest wykonana z półprzewodnika o wysokiej rezystancji, którego przewodność jest zbliżona do jego własnej, a długość podstawy d jest kilkakrotnie większa niż długość odchylenia nośnik rozproszony L .Podczas gdy w zwykłych diodach d jest mniejsze niż L.

Należy zauważyć, że magnetodiody charakteryzują się większym spadkiem napięcia przewodzenia, w przeciwieństwie do klasycznych diod, co wynika właśnie ze zwiększonej rezystancji podstawy. Innymi słowy, magnetodioda jest urządzeniem półprzewodnikowym ze złączem pn i nieprostującymi stykami, pomiędzy którymi znajduje się obszar półprzewodnikowy o wysokiej rezystancji.

Diody magnetyczne zbudowane są z półprzewodników nie tylko o dużej rezystancji, ale także o możliwie największej ruchliwości nośników ładunku. Często struktura magnetodiody p-i-n, podczas gdy obszar i jest wydłużony i ma znaczną rezystancję, właśnie w tym obserwuje się wyraźny efekt magnetorezystywny. W tym przypadku czułość diod magnetycznych na zmiany indukcji magnetycznej jest większa niż czujników Halla wykonanych z tego samego materiału.

Na przykład dla magnetodody KD301V przy B = 0 i I = 3 mA spadek napięcia na diodzie wynosi 10 V, a przy B = 0,4 T i I = 3 mA — około 32 V. W kierunku do przodu przy wysokich poziomach wtrysku , określa się przewodzenie magnetodiody nośniki nierównowagowe wstrzykiwane do podstawy.

Spadek napięcia występuje głównie nie na złączu p-n, jak w konwencjonalnej diodzie, ale na podstawie o dużej rezystancji. Jeśli przewodząca prąd dioda magnetyczna zostanie umieszczona w poprzecznym polu magnetycznym B, wówczas rezystancja podstawy wzrośnie. Spowoduje to zmniejszenie prądu płynącego przez diodę magnetyczną.

W „długich” diodach (d/L>1, gdzie d to długość podstawy, L to efektywna długość polaryzacji dyfuzyjnej) rozkład nośników, a tym samym rezystancja diody (bazy) jest dokładnie określona przez długość l.

Zmniejszenie L powoduje zmniejszenie stężenia nośników nierównowagowych w bazie, czyli wzrost jej rezystancji. To, jak wspomniano powyżej, powoduje wzrost spadku napięcia na bazie i zmniejszenie złącza p-n (przy U = const).Spadek napięcia na złączu p-n powoduje spadek prądu wtrysku, a tym samym dalszy wzrost rezystancji bazy.

Długość L można zmienić, przykładając pole magnetyczne do diody. Efekt taki praktycznie prowadzi do skręcenia poruszających się nośników i zmniejsza się ich ruchliwość, w związku z czym zmniejsza się również L. Równocześnie linie prądu ulegają wydłużeniu, czyli zwiększa się efektywna grubość podstawy. To jest masowy efekt diody magnetycznej.

Diody magnetyczne mają szerokie i różnorodne zastosowanie: bezdotykowe przyciski i klawisze, czujniki położenia poruszających się ciał, magnetyczny odczyt informacji, sterowanie i pomiar wielkości nieelektrycznych, przetworniki pola magnetycznego i przetworniki kąta.

Magnetodiody występują w przekaźnikach bezstykowych, magnetodiody w obwodach zastępują kolektory silników prądu stałego. Istnieją wzmacniacze diod magnetycznych prądu przemiennego i stałego, w których wejściem jest cewka elektromagnetyczna napędzająca diodę magnetyczną, a wyjściem jest sam obwód diody. Przy prądach do 10 A można uzyskać wzmocnienia rzędu 100.

Przemysł krajowy produkuje kilka rodzajów magnetodiod. Ich czułość waha się od 10-9 do 10-2 A / m. Istnieją również magnetodody zdolne do określania nie tylko siły pola magnetycznego, ale także jego kierunku.

Z powyższego wynika, że ​​zastosowanie diod magnetycznych wymaga źródła stałego lub zmiennego pola magnetycznego. Jako takie źródło można zastosować magnesy trwałe lub elektromagnesy. Diody magnetyczne należy montować tak, aby linie pola magnetycznego były prostopadłe do powierzchni bocznych struktury półprzewodnikowej.

Działanie diod magnetycznych jest dozwolone, gdy są one połączone szeregowo. W przypadku konieczności pracy diod magnetycznych w warunkach wilgotności względnej otoczenia do 98% iw temperaturze 40°C zaleca się wykonanie dodatkowego uszczelnienia za pomocą mas na bazie żywic epoksydowych.