3.Особенности конструкции резисторов и способы управления сопротивлением.

Существует несколько конструктивных исполнений магнитоуправляемых резисторов, различающихся выполнением как управляемой, так и управляющей цепей. Управляема цепь может содержать один или несколько (МЭ), соединенных по схеме делителя напряжения. В соответствии с исполнением управляемой цепи различают магнитоуправляемые резисторы и магнитоуправляемые потенциометры.

Анализируя способы управления сопротивления (рис 1) (МР), можно выделить два метода:

-управляющий магнитный поток пронизывает всю площадь (МЭ), регулирование сопротивления осуществляется изменением индукции в рабочем зазоре путем изменения его длины;

-управление осуществляется изменением площади (МЭ), пронизываемой управляющим магнитным потоком.

В реальных конструкциях (МР) второй метод управления получил наибольшее широкое распространение. При этом для регулирования сопротивления используют как прямолинейные перемещения так и вращение полюсных наконечников. На рис. 2 представлены наиболее распространенные конструкции (МР) с вращением полюсных источников управляющей магнитной системы. При этом подвижный полюсный наконечник имеет форму эксцентрика, а (МЭ) ориентирован радиально его центр вращения рис.3. Конфигурация эксцентрического полюсного источника определяется видом функциональной характеристики.

Магниторезистор 4 расположен в вакуумном зазоре, образованном основанием резистора 1 и дисковым элементом 2 (МЭ) приклеен к обрабатываемой поверхности подложки клемм на основе эпоксидной смолы: эпоксидный пластицированный клей ЭПК. Толщина клеящего слоя меньше или равно 2мкм. Дисковый постоянный магнит 3 приклеен к основанию резистора. Для реальных конструкций рекомендовано следующее соотношение размеров: r/l=5÷10, гдеr– радиус полюсного наконечника,l– длина участка магниторезистивного элемента, заключенного между эквипотенциальными контактами.

Регулировочная ось жестко связана с дисковым элементом, который представляет собой эксцентрик определенной формы.

Магнитное поле в рабочем зазоре резистора могут искажать внешнее поле, создаваемое токами находящихся поблизости электрических линий, катушек, дросселей, трансформаторов. Это заставляет обращать серьезное внимание на экранирование магнитной системы резистора. Экран должен надежно защищать прибор с постоянным магнитом от влияния вплотную расположенных ферромагнитных тел и арматуры и одновременно ограничивать распространение потоков рассеивания экранируемого магнита. Согласно / 1 / для изготовления ферроэкранов применяют листы из низкоуглеродистых магнитных сталей толщиной 1-3мм. В конструкции резистора целесообразно совмещение внешнего экрана с кожухом прибора и магнитопроводом магнитной системы.

4. Расчет магниторезистивного элемента

К основным параметрам магнитоуправляемого резистора относятся:

номинальное сопротивление в отсутствии магнитного поля – Ro, величина индукции – Во (обычно 0,5 или 1 Т).

Отношение сопротивления в магнитном поле к номинальному значению R/Ro

Допустимая мощность рассеяния – Р.

Номинальное сопротивление магниторезистора определяется электропроводностью используемого для изготовления материала и конструктивными параметрами изделия. При помещении магниторезистора в поперечное магнитное поле с индукцией В происходит увеличение его сопротивления. Это обусловлено двумя причинами: увеличением удельного сопротивления проводникового материала и деформации линии тока в элементе при наложении магнитного поля.

В промышленной технологии производства магниторезистивных элементов используется, как отмечалось выше, два полупроводниковых соединения, обладающие выражением магниторезистивным эффектом – антимонид индия (I_nSb) и арсенид индия (I_nAs). В таблицеIданы характеристики этих материалов.

Наименование материала	Концентрация носителей тока nm=3	Удельное сопротивление Ом*Н	Подвижность при Т=300°С
			Электронная м²/в*с	дырочная
InSb	3.1*10²²	23/10-6	7.6		0.076
InAs	3.25*1023	17.4*10-6	3.3		0.046

Предпочтительнее выбор InSb, т.к. у него выше подвижность носителей заряда, что позволяет получить меньший ТКС и более широкий диапазон регулирования сопротивления.

Относительное изменение удельного сопротивления п/ов с двумя типами носителей заряда в материала п-типа определяется соотношением:

Δp₁/p₀ =(3π/b)^-6b²[(U/π)(U³_nh+U³_np)/(U_nn+U_pp)] –b²[(U²_nn-U²_pp/U_nn-U_pp)] (2)

U_nиU_p– соответственно подвижности электронов и дырок

nиp- концентрация электронов и дырок

Δp = p_b-p₀

Максимум магниторезистивного эффекта достягается при соотношении конструкций электронов и дырок:

n/p= [(4/π)(1-1/b)+2/b]/[4/π(1-b)+2b} где b =U_n/U_p (3)

при этом :

Δp₁/p₀=(3π/b)²4/π[b+ (b-1)²/π]U²_pb² (4)

Одной из характеристик полупроводникового материала помещенного в магнитное поле, является тангенс угла tgθкоторый определяется соотношением:

tgθ=U_nb (5)

θ-угол между вектором плотности тока и напряженности электрического поля в магниторезистивном элементе.

На рис. 5 приведены расчетные зависимости относительного изменения сопротивления (МЭ) отtgθбез учета изменения удельног сопротивления материала в магнитном поле, для различных отношений.

В (МПР) широко используются резистивный элемент имеющий форму типа «Меандр» , (рис.4), сопротивление которого определяется выражением:

R₀=R_s/ω[mn/ω-2ω_k-6ω(n/ω-1)+2ω(n/ω-1)l(a)/ω (6)

полученное методом комфортных преобразований.

где n/ω- число элементарных участков, на которые резистивный элемент разбивается при нарезке.

m- длина резистивного элемента.

ω_х- длина омического контакта.

l(a)/ω- эффективная длинаV– образного участка. выраженная в долях.

R_s- поверхностное сопротивление (R_s=p₀/h), где р-толщина РЭ (обычноh=20÷80мкм)

n– длина резистивного элемента.

Задавая габаритные размеры mи -6 , а такжеR_s, можно определить ширину элементарного участка:

ω={n[l(a)-6]+(n²[(l(a)/ω)-6]²+mn[R/R_s+(2ω_k/ω)+(l(a)/ω)-6])}/(R_s/R)+ (2ω_k/ω)+l(a)-6 (7)

соотношения (6) и(7) справедливы при условии m≤6ω+ω_kвеличину ω рекомендуется

выбирать равной 5÷6d/

l(a) – определяется из графика на рис.6.