5 Гальваномагнитные преобразователи

Гальваномагнитные преобразователи основаны на физических эффектах, возникающих в находящихся в магнитном поле твердых телах при движении в них заряженных частиц. В качестве измерительных преобразователей практическое применение получили полупроводниковые гальваномагнитные преобразователи, основанные на использовании эффектов Холла и Гаусса. Эффекты обусловлены изменением траектории движения заряженных частиц в магнитном поле, возникают одновременно и связаны между собой так, что каждый из них приводит к ослаблению другого.

5.1 Преобразователи Холла

Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов (ЭДС Холла) на боковых гранях пластины.

На рис. 5.1 преобразователь выполнен в виде тонкой пластинки или пленки из полупроводникового материала. Токовые электроды 1 и 2 выполняются по ширине поперечных граней, что обеспечивает равномерное распределение входного тока по сечению преобразователя. Потенциальные электроды 3 и 4 расположены в центральной части продольных граней. Выходная величина пропорциональна произведению двух входных величин – тока и магнитной индукции.

Достоинства: простота конструкции, отсутствие трения. Недостатки: остаточное напряжение, погрешность линейности, погрешность от возникновения собственного магнитного поля преобразователя, нестабильность, перепад температур зависит от наличия примесей. Преобразователи применяются для измерения параметров постоянных, переменных и импульсных магнитных полей, для определения характеристик ферромагнитных материалов [5].

Рис. 5.1. Преобразователь Холла

5.2 Магниторезистивные преобразователи

Эффект Гаусса проявляется в изменении электрического сопротивления частицы.

К магниторезистивным преобразователям относятся магниторезисторы, магнитодиоды, биполярные магниторезисторы, полевые магнитотриоды и гальваномагниторекомбинационные преобразователи [5].

Магниторезисторы представляют собой гальваномагнитные преобразователи, изменение сопротивления которых обусловлено изменением подвижности носителей заряда. Под действием магнитного поля траектории носителей искривляются, вследствие чего скорость их движения в направлении электрического поля уменьшается.

Достоинства: бесконтактность, высокая чувствительность. Недостатки: малое начальное сопротивление, нелинейность, чувствительность к температуре, трудность ориентации в магнитном поле.

5.2.1 Гальваномагниторекомбинационные преобразователи

Гальваномагниторекомбинационные преобразователи основаны на изменении средней концентрации носителей заряда под действием магнитного поля, проявляющемся в проводниках, которые имеют поверхности с разной скоростью рекомбинации носителей зарядов.

Рис. 5.2. Гальваномагниторекомбинационный преобразователь

На рис. 5.2 преобразователь представляет собой тонкую полупроводниковую пластинку, у которой поверхность 1 плохо обработана, а поверхность 2 отполирована. Вследствие этого у поверхности 1 скорость рекомбинации носителей зарядов на 2 – 3 порядка больше, чем у поверхности 2. Если преобразователь находится в магнитном поле так, что вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно вектору плотности тока и параллельно плоскостям, то под действием сила Лоренца произойдет смещение носителей зарядов к одной из боковых поверхностей. Если направление магнитного поля перемещается к поверхности 1, то общая концентрация носителей зарядов уменьшается и соответственно возрастает сопротивление. Если магнитное поле перемещается к поверхности 2, то идет обратная реакция.

Достоинства: высокая чувствительность, бесконтактность. Недостатки: влияние температуры, шум.