Магнитодиоды

Эффект магнитодиодный – изменение в магнитном поле неравновесной проводимости полупроводниковых структур с большим по сравнению с длинной диффузионного смещения расстоянием от инжектирующего контакта до неактивного.

На основе магнитодиодного эффекта был предложен новый гальваномагнитный прибор — магнитодиод.

Рисунок - Конструкция {а) и вольт-амперная характеристика {б) «торцевого» магнитодиода

Магнитодиод представляет собой полупроводниковый прибор с р-n-переходом и невыпрямляющим контактом (омическим или антизапирающим), между которыми находится область высокоомного полупроводника (рис. a). Отличие от обычных полупроводниковых диодов состоит только в том, что магнитодиод изготавливается из высокоомного полупроводника с проводимостью, близкой к собственной, и длина базы d в несколько раз больше длины диффузионного смещения носителей L, в то время как в обычных диодах d<L.

В «длинных» диодах при прохождении электрического тока определяющими становится процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей в базе и на поверхности.

В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магнитодиода определяется инжектированными в базу неравновесными носителями. Падение напряжения происходит не на р-n-переходе, как в диоде, а на высокоомной базе.

Если магнитодиод, через который протекает ток, поместить в поперечное магнитное поле, то произойдет увеличение сопротивления базы (проиллюстрировать на ВАХ).

Сопротивление базы увеличивается и за счет повышения роли поверхностной рекомбинации отклоняющихся к поверхности полупроводника носителей. Типичная ВАХ «торцевого» магнитодиода приведена на рис. 1.3, б

Свойства магнитодиодов характеризуются вольтовой и токовой магниточувствительностями.

Вольтовая магниточувствительность определяется изменением напряжения на магнитодиоде при изменении магнитного поля на 1 мТл и постоянном значении тока через магнитодиод:

Рисунок – Конструкция (а) и типичная ВАХ (б) магнитодиода (КД301)

Токовая магниточувствительность определяется изменением тока через магнитодиод при изменении магнитного поля на 1 мТл и постоянном напряжении на магнитодиоде:

Различают диоды чувствительные и нечувствительные к направлению магнитного поля.

Рисунок – Условно-графическое обозначение магнитодиода

Типовая схема включения магнитодиода

Рисунок – Типовая схема включения магнитодиода

Области применения магнитодиодов

Бесколлекторные двигатели постоянного тока

Рисунок – Простейшая машина постоянного тока

Применение магниточувствительных приборов в качестве датчиков положения ротора дает возможность разработать бесколлектор­ные двигатели с более высокой надежностью, лучшими электри­ческими характеристиками, а также с меньшими габаритными размерами и массой, чем коллекторные двигатели постоянного тока.

Бесколлекторные двигатели на основе магниточувствительных приборов имеют ряд преимуществ:

- отсутствие щеток и коллекто­ра, что позволяет обеспечить простой запуск двигателя, плавность его хода и бесшумность;

- увеличенный срок эксплуатации;

- отсутствие искрообразования (благодаря чему они могут найти широ­кое применение в газовой, нефтяной, химической промышленно­сти, в шахтах и в других взрыво- или пожароопасных средах);

- отсутствие электрических помех и, следовательно, помехозащитных устройств.

На следующем рисунке представлена одна из схем питания бесколлекторного двигателя с использованием магнитодиодов.

Рисунок – Электрическая схема бесколлекторного двигателя с магнитодиодами