Mitä ovat magnetodiodit ja missä niitä käytetään

Magnetodiodi on eräänlainen puolijohdediodi, jonka virta-jännite-ominaisuus voi muuttua magneettikentän vaikutuksesta.

Normaali puolijohdediodi on ohut pohja, joten magneettikenttä muuttaa hieman virta-jännite-ominaiskäyrään. Magnetodiodit erottuvat paksusta (pitkästä) pohjasta, jonka avulla virran reitin pituus ylittää merkittävästi kantaan ruiskutettujen kantoaaltojen hajaantuneen pituuden.

Pohjan perinteinen paksuus on vain muutama millimetri, ja sen vastus on verrattavissa suoraan vastukseen p-n-risteys… Kun sen läpi suuntautuvan magneettikentän induktio kasvaa, kannan resistanssi kasvaa merkittävästi, kuten magnetorestorissa.

Tässä tapauksessa myös diodin kokonaisresistanssi kasvaa ja myötävirta pienenee.Tämä virran pienenemisilmiö johtuu myös siitä, että kun kantaresistanssi kasvaa, jännite jakautuu uudelleen, jännitehäviö kannan yli kasvaa ja jännitehäviö p-n-liitoksessa pienenee ja virta pienenee vastaavasti.

Magnetodiodin vaikutusta voidaan tutkia kvantitatiivisesti tarkastelemalla magnetodiodin virta-jännite-ominaiskäyrää, joka on esitetty kuvassa. Tässä on ilmeistä, että magneettisen induktion kasvaessa myötävirta pienenee.

Tosiasia on, että magnetodiodi eroaa tavallisista puolijohdediodeista siinä, että se on valmistettu puolijohteesta, jolla on suuri resistanssi ja jonka johtavuus on lähellä omaa ja kannan pituus d on useita kertoja suurempi kuin poikkeaman pituus. diffuusi kantoaalto L. Tavallisissa diodeissa d on pienempi kuin L.

Huomaa, että magnetodiodeille on ominaista suurempi eteenpäin suunnattu jännitehäviö, toisin kuin klassisissa diodeissa, mikä johtuu juuri kannan lisääntyneestä resistanssista. Toisin sanoen magnetodiodi on puolijohdelaite, jossa on pn-liitos ja tasasuuntaamattomat koskettimet, joiden välissä on korkearesistanssinen puolijohdealue.

Magneettiset diodit on valmistettu puolijohteista, joilla on paitsi suuri vastus, myös mahdollisimman suuri varauksenkuljettajien liikkuvuus. Usein p-i-n-magnetodiodin rakenne, vaikka alue i on pitkänomainen ja sillä on merkittävä vastus, havaitaan juuri tässä selvä magnetoresistiivinen vaikutus. Tässä tapauksessa magneettidiodien herkkyys magneettisen induktion muutoksille on suurempi kuin samasta materiaalista valmistettujen Hall-anturien herkkyys.

Esimerkiksi KD301V-magnetodiodeissa B = 0 ja I = 3 mA jännitehäviö diodin yli on 10 V ja B = 0,4 T ja I = 3 mA - noin 32 V. Eteenpäin korkeilla injektiotasoilla , magnetodiodin johtavuus määritetään kantaan ruiskutetut epätasapainokantajat.

Jännitteen pudotus ei tapahdu pääasiassa p-n-liitoksessa, kuten tavanomaisessa diodissa, vaan suurella resistanssilla. Jos virtaa kuljettava magneettinen diodi asetetaan poikittaismagneettikenttään B, kantaresistanssi kasvaa. Tämä aiheuttaa magneettisen diodin läpi kulkevan virran pienenemisen.

«Pitkissä» diodeissa (d / L> 1, missä d on kannan pituus, L on diffuusioesijännityksen tehollinen pituus) kantoaaltojakauman ja siten diodin (kannan) resistanssin määrää tarkasti pituus L.

L:n lasku aiheuttaa ei-tasapainokantaja-aineiden pitoisuuden laskun emäksessä, toisin sanoen sen vastuksen lisääntymisen. Tämä, kuten edellä todettiin, aiheuttaa kantajännitteen pudotuksen lisääntymisen ja p-n-liitoksen pienenemisen (pisteessä U = vakio).Jännitehäviön pieneneminen p-n-liitoksessa saa injektiovirran pienenemään ja siten kantaresistanssin kasvamaan edelleen.

Pituutta L voidaan muuttaa kohdistamalla diodiin magneettikenttä. Tällainen vaikutus käytännössä johtaa liikkuvien kantajien vääntymiseen ja niiden liikkuvuus pienenee, joten myös L pienenee sellaisenaan.Samalla virtaviivat venyvät, eli pohjan tehollinen paksuus kasvaa. Tämä on bulkkimagneettinen diodiefekti.

Magneettidiodeja käytetään laajasti ja monipuolisesti: kosketuksettomat painikkeet ja näppäimet, liikkuvien kappaleiden sijainnin anturit, magneettinen tiedonluku, ei-sähköisten suureiden ohjaus ja mittaus, magneettikenttämuuntimet ja kulmaanturit.

Magnetodiodeja löytyy kontaktittomista releistä, piireissä olevat magnetodiodit korvaavat tasavirtamoottoreiden keräilijät. On olemassa AC- ja DC-magneettidiodivahvistimia, joissa tulo on sähkömagneettinen kela, joka käyttää magneettista diodia ja lähtö on itse diodipiiri. Enintään 10 A:n virroilla voidaan saada luokkaa 100 olevaa vahvistusta.

Kotimainen teollisuus tuottaa useita erilaisia ​​magnetodiodeja. Niiden herkkyys vaihtelee välillä 10-9 - 10-2 A / m. On myös magnetodiodeja, jotka pystyvät määrittämään paitsi magneettikentän voimakkuuden myös sen suunnan.

Edellä olevasta on selvää, että magneettidiodien käyttö vaatii jatkuvan tai muuttuvan magneettikentän lähteen. Tällaisena lähteenä voidaan käyttää kestomagneetteja tai sähkömagneetteja. Magneettidiodit tulee asentaa siten, että magneettikenttäviivat ovat kohtisuorassa puolijohderakenteen sivupintoihin nähden.

Magneettidiodien toiminta on sallittua, kun ne on kytketty sarjaan. Jos magneettidiodeja on tarpeen käyttää olosuhteissa, joissa ympäristön suhteellinen kosteus on jopa 98% ja lämpötila 40 ° C, suositellaan lisätiivistystä epoksihartseihin perustuvilla yhdisteillä.