Hva er magnetodioder og hvor brukes de

En magnetodiode er en type halvlederdiode, hvis strømspenningskarakteristikk kan endres under påvirkning av et magnetfelt.

Normal halvlederdiode har en tynn base slik at magnetfeltet endrer litt strøm-spenningskarakteristikk. Mens magnetodioder utmerker seg med en tykk (lang) base, med hvilken banelengden for strømmen betydelig overstiger den spredte lengden til bærerne som injiseres i basen.

Den tradisjonelle tykkelsen på basen er bare noen få millimeter, og motstanden kan sammenlignes med den direkte motstanden p-n-kryss… Etter hvert som induksjonen av magnetfeltet rettet gjennom det øker, øker motstanden til basen betydelig, på samme måte som en magnetoreistor.

I dette tilfellet øker også den totale motstanden til dioden, og foroverstrømmen avtar.Dette strømreduksjonsfenomenet skyldes også at når basismotstanden blir større, omfordeles spenningen, spenningsfallet over basen øker, og spenningsfallet over p-n-overgangen avtar og strømmen reduseres tilsvarende.

Effekten av magneto-dioden kan undersøkes kvantitativt ved å se på strøm-spenningskarakteristikken til magnetodioden, som er vist i figuren. Her er det tydelig at når den magnetiske induksjonen øker, avtar foroverstrømmen.

Faktum er at magnetodioden skiller seg fra vanlige halvlederdioder ved at den er laget av en halvleder med høy motstand, hvis ledningsevne er nær sin egen, og lengden på basen d er flere ganger større enn avvikslengden til den diffuse bæreren L .Mens i vanlige dioder er d mindre enn L.

Merk at magnetodioder er preget av et større spenningsfall fremover, i motsetning til klassiske dioder, som nettopp skyldes den økte motstanden til basen. Med andre ord er en magnetodiode en halvlederenhet med et pn-kryss og ikke-likretterende kontakter mellom hvilke det er en høymotstandshalvlederregion.

Magnetiske dioder er laget av halvledere ikke bare med høy motstand, men også med størst mulig mobilitet av ladningsbærere. Ofte er strukturen til p-i-n magnetodioden, mens regionen i er forlenget og har en betydelig motstand, det er nettopp i dette at en uttalt magnetoresistiv effekt observeres. I dette tilfellet er følsomheten til magnetiske dioder for endringer i magnetisk induksjon høyere enn for Hall-sensorer laget av samme materiale.

For eksempel, for KD301V magnetodioder ved B = 0 og I = 3 mA, er spenningsfallet over dioden 10 V, og ved B = 0,4 T og I = 3 mA — omtrent 32 V. I retning fremover ved høye injeksjonsnivåer , er ledningen av magnetodioden bestemt ikke-likevektsbærere injisert i basen.

Spenningsfallet skjer hovedsakelig ikke ved p-n-krysset, som i en konvensjonell diode, men ved en base med høy motstand. Hvis den strømførende magnetiske dioden plasseres i et tverrgående magnetfelt B, vil grunnmotstanden øke. Dette vil føre til at strømmen gjennom den magnetiske dioden reduseres.

I «lange» dioder (d / L> 1, hvor d er lengden på basen, L er den effektive lengden på diffusjonsforspenningen), er bærerfordelingen og derfor motstanden til dioden (basen) nøyaktig bestemt av lengde L.

En reduksjon i L forårsaker en reduksjon i konsentrasjonen av ikke-likevektsbærere i basen, det vil si en økning i motstanden. Dette fører, som nevnt ovenfor, til at grunnspenningsfallet øker og p-n-overgangen til å avta (ved U = const) Nedgangen i spenningsfallet over p-n-krysset fører til at injeksjonsstrømmen reduseres og derfor grunnmotstanden øker ytterligere.

Lengden L kan endres ved å påføre et magnetfelt på dioden. En slik effekt fører praktisk talt til en vridning av de bevegelige bærerne og deres mobilitet reduseres, derfor avtar L også som den er. Samtidig forlenges strømlinjene, det vil si at den effektive tykkelsen på basen øker. Dette er den bulkmagnetiske diodeeffekten.

Magnetiske dioder brukes mye og mangfoldig: berøringsfrie knapper og taster, sensorer for posisjonering av bevegelige kropper, magnetisk lesing av informasjon, kontroll og måling av ikke-elektriske størrelser, magnetfelttransdusere og vinkeltransdusere.

Magnetodioder finnes i kontaktløse releer, magnetodioder i kretser erstatter kollektorene til DC-motorer. Det finnes AC og DC magnetiske diodeforsterkere hvor inngangen er en elektromagnetisk spole som driver den magnetiske dioden og utgangen er selve diodekretsen. Ved strømmer opp til 10 A kan forsterkninger i størrelsesorden 100 oppnås.

Innenlandsk industri produserer flere typer magnetodioder. Deres følsomhet varierer fra 10-9 til 10-2 A / m. Det er også magnetodioder som er i stand til å bestemme ikke bare styrken til magnetfeltet, men også retningen.

Fra ovenstående er det klart at bruken av magnetiske dioder krever en kilde til konstant eller variabelt magnetfelt. Permanente magneter eller elektromagneter kan brukes som en slik kilde. De magnetiske diodene må installeres slik at magnetfeltlinjene er vinkelrett på sideflatene til halvlederstrukturen.

Driften av magnetiske dioder er tillatt når de er koblet i serie. Hvis det er nødvendig å betjene de magnetiske diodene under forhold med relativ fuktighet i miljøet opp til 98% og ved en temperatur på 40 ° C, anbefales ytterligere forsegling ved bruk av forbindelser basert på epoksyharpikser.