7.3.3. Магниторезисторы и магнитодиоды

Магниторезисторы– это резисторы переменного сопротивления, величина которого зависит от напряженности приложенного магнитного поля.

Магниторезистор представляет собой пластинку полупроводника, на поверхность которого нанесены металлические полосы (рис. 7.14). Каждая часть пластины полупроводника между двумя металлическими полосами представляет собой отдельный магниторезистор. Металлические полосы выполняют роль шунтов, уменьшающих ЭДС Холла, возникающую на боковых гранях пластинки полупроводника.

Основным полупроводниковым материалом для магниторезисторов является антимонид индия InSbи арсенид индияInAs– материалы с большой подвижностью электронов (7,6 м²/(В·с) и 3,3 м²/(В·с) соответственно). Отечественной промышленностью серийно изготавливаются магниторезисторы типаMR, СМ. Их характеристики: номинальное сопротивление 50…220 Ом, рассеиваемая мощность 0,15…0,25 Вт.

Магнитодиоды(рис. 7.15,а) – это диоды с толстой базой, сопротивление которой увеличивается в поперечном магнитном поле в результате уменьшения подвижности основных и неосновных носителей заряда, как и в обычном магниторезисторе. Увеличение сопротивления базы диода с толстой базой может быть связано также с уменьшением времени жизни неосновных носителей, если из-за искривления траектории движения неосновные носители будут достигать поверхности базовой области, где велика скорость их рекомбинации. В качестве материала для изготовления магнитодиодов обычно используется монокристаллический германий или кремний, имеющие достаточно большую подвижность носителей заряда. Прямые ветви ВАХ германиевого магнитодиода в магнитных полях с различной магнитной индукцией показаны на рис. 7.15,б.

Для оценки чувствительности магнитодиода к магнитному полю, по аналогии с преобразователями Холла, используют вольтовую чувствительность, выражение для которой задается в виде

, В/ (Тл·А), (7.29)

где ΔU– изменение напряжения на магнитодиоде при внесении его в магнитное поле,В;I_пр– значение прямого тока, А;В– значение магнитной индукции, Тл.

Вольтовая чувствительность магнитодиодов может быть значительно выше вольтовой чувствительности преобразователей Холла из того же материала.

Магниторезисторные датчики.Анизотропные магниторезисторные (АМР) датчики представляют собой специальные резисторы, сделанные из тонкой пермаллоевой пленки, помещенной на кремниевую пластину (рис. 7.14). При их производстве пленка помещается в сильное магнитное поле для ориентации магнитных областей в одинаковом направлении, определяя тем самым направление вектора намагничивания. Затем, при попадании во внешнее магнитное поле, перпендикулярное пленке, вектор намагничивания начинает вращаться или изменять угол. Это, в свою очередь, меняет сопротивление пленки. Преобразователь магнитного поля состоит из четырех тонкопленочных магниторезисторовR1-R4(рис. 7.16), соединенных в мостовую схему.

Изменения сопротивлений магниторезисторов в смежных плечах мостовой схемы противоположны по знаку при воздействии магнитного поля одной полярности (знак изменения сопротивлений на рис 7.16 условно изображен символами «+» и «-»). При этом величина изменения сопротивления плеч зависит как от значения и полярности индукции воздействующего поля, так и от угла между вектором индукции Ви плоскостью магниточувствительного элемента. Изменение сопротивления можно обнаружить по изменению выходного напряженииU_вых, а потом вычислить силу воздействующего магнитного поля. Таким образом, преобразователь обладает координатной чувствительностью относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей.

Магниторезисторные датчики миниатюрны по размеру и размещаются на подложке с габаритами около 5×4,5 мм. Относительная магнитная чувствительность магниторезисторных датчиков составляет 1…27 (мкВ/В)/(А/м); напряжение питания U_п= 5…10 В при токе потребления не более 10 мА. Такие маломощные датчики могут выпускаться либо отдельно, либо встроенными в другие изделия. При правильной калибровке электронные компасы на магниторезисторных датчиках могут достигать точности, превышающей один градус. Встроенные компасы в некоторых GPS приемниках основаны именно на данной технологии.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Объясните сущность эффекта Зеебека.

2. Перечислите составляющие термоЭДС.

3. Как устроена термобатарея ?

4. Объясните принцип действия теплового насоса.

5. Причины появления эффекта Томсона.

7. Выведите выражение для эдс Холла.

8. Устройство и основные параметры преобразователя Холла.

9. Что такое вольтовая чувствительность преобразвателя Холла?

10. Объясните принцип работы биполярного магнитотранзистора.

11. В чем заключается магниторезистивный эффект ?

12. Что такое угол Холла и от чего он зависит?

13. Какую конструкцию должны иметь магниторезисторы?.

14. Какие диоды можно использовать в качестве магнитодиодов ?

Контакты

- нейтральные 215

Коэффициент

- Пельтье 219

- Холла 225

Лоренца, сила 224

Магнитодиод 231

Магниторезистор 230

Магниторезисторный датчик 232

Магнитотранзистор 228

Насос

- тепловой 221

Преобразователь Холла 226

Термобатарея 216

ТермоЭДС 216

Угол Холла 229

Эффект

- Зеебека 216

- магниторезистивный 228

- Пельтье 219

- Томсона 222

- Холла 224