Магниторезисторы

Магниторезистором называется полупроводниковый переменный резистор, увеличивающий сопротивление под действием магнитного поля вследствие магниторезистивного (гальваномагнитного) эффекта.

Магниторезистивный эффект заключается в том, что при протекании электрического тока вдоль пластины полупроводника, помещенной во внешнее поперечное магнитное поле, происходит искривление траектории носителей зарядов вследствие действия отклоняющей силы Лоренца, что приводит к удлинению пути, проходимого носителями между электродами, к которым приложено внешнее электрическое поле, что эквивалентно возрастанию удельного сопротивления полупроводника.

Магниторезистор представляет собой нанесенную на ферромагнитную изолированную подложку зигзагообразную дорожку малой ширины из полупроводника с высокой подвижностью носителей зарядов (например, бинарные элементы-антимонид и арсенид цинка и их смеси: ZnSb, ZnAs, ZnSb + NiSb, InSb + NiSb ), имеющую сопротивление в пределах от единиц до тысяч Ом (рис. 60,а).

Рис. 60. Общий вид и графический символ магниторезистора (а)

и зависимость его сопротивления от индукции магнитного поля (б)

Основные параметры : сопротивление R₍₀₎ в отсутствие магнитного поля (от 5 до 1000 Ом); отношение , где R_(B) – сопротивление при наличии поперечного магнитного поля с индукцией В = 0,5–1 Тл (от 3 до 20 и более), температурный коэффициент сопротивления (ТКС и ТКR) – от 0,02 до 2 % / К^-1, мощность рассеивания (до 0,25 Вт).

Применение: измерение магнитной индукции, преобразование постоянного тока в переменный, в усилителях и генераторах; чувствительные элементы бесконтактных переключателей и датчиков линейных перемещений, бес-контактные потенциометры и т.д.

Магниторезисторы имеют практически неограниченный срок службы (отсутствие подвижного контакта исключает механический износ резистора), отличается плавностью изменения сопротивления, отсутствием шумов, свойственных переменным резисторам с подвижным контактам.

Холлотроны (датчики Холла)

Холлотроном (датчиком Холла) называется полупроводниковый прибор, преобразующий индукцию внешнего магнитного поля в электрическое напряжение на основе эффекта Холла (Эдвин Холл, амер. физ. – 7.11.1855 – 20.11.1938 г.).

Эффект Холла заключается в том, что при протекании тока I_x вдоль плоской прямоугольной пластины из полупроводника (Ge, Se, GaAs, InSb и др.), поме-шенной в перпендикулярное току магнитное поле В, происходит искривление траекторий носителей заряда и их накопление на боковой грани пластины, вследствие чего возникает ЭДС Холла е_х = (КRB∙sinαI_x)/ h , где К – конструк-тивный коэффициент, зависящий от геометрии пластины; R – постоянная Холла (для полупроводников R≈10⁵ см³/Кл); В – индукция магнитного поля (Тл); h – толщина пластины; α – угол между плоскостью пластины и направлением .

Таким образом, в датчиках Холла, как и в магниторезисторах , используется один из видов гальваномагнитного явления.

Простейший датчик Холла (рис. 61) представляет собой тонкую пластину (или пленку) из полупроводника, укрепленную (напыленную) на прочной подложке из слюды, керамики или ферритов, с четырьмя электродами (1–4) для подведения электрического тока и съема ЭДС Холла.

Рис. 61. Структура и графическое изображение холлотрона

Применение: в качестве первичных измерительных преобразователей в магнитометрах, бесконтактных преобразователях постоянного тока в переменный и т. д. Один из типовых датчиков Холла ДХ-611 имеет размеры мм; токи питания как правило 1- 100 мА (зависят от величины входного сопротивления датчика), чувствительность может достигать 1000 мВ/Тл и более, рабочий диапазон температур от -270 °С до 200 °С. Кроме чувствительности одними из основных параметров датчиков Холла являются температурная зависимость чувствительности, входного сопротивления, начального выходного сигнала Uо.

Магниторезистивный эффект используется также в более сложных полупроводниковых приборах с р-n переходом, в частности, в магнитодиодах, чувствительность которых в 1000 раз больше, чем у датчиков Холла [8].

Следующая лекция будет посвящена базовым усилительным П-пр приборам – биполярному и полевому транзисторам

Подробная информация по теме лекций дается в нижеуказанном учебном пособии.

Тихонов А. И. Информационно-измерительная техника и электроника: учеб. пособие по курсу лекций / А. И. Тихонов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 312 с. [ В библ.173 экз.].