Ce sunt magnetodiodele și unde sunt folosite

O magnetodiodă este un tip de diodă semiconductoare, a cărei caracteristică curent-tensiune se poate modifica sub influența unui câmp magnetic.

Normal dioda semiconductoare are o bază subțire, astfel încât câmpul magnetic își modifică ușor caracteristica curent-tensiune. În timp ce magnetodiodele se disting printr-o bază groasă (lungă), cu care lungimea căii pentru curent depășește semnificativ lungimea disipată a purtătorilor injectați în bază.

Grosimea tradițională a bazei este de doar câțiva milimetri, iar rezistența acesteia este comparabilă cu rezistența directă joncțiune p-n… Pe măsură ce inducția câmpului magnetic direcționat prin acesta crește, rezistența bazei crește semnificativ, similar cu cea a unui magnetorezistor.

În acest caz, crește și rezistența totală a diodei, iar curentul direct scade.Acest fenomen de reducere a curentului se datorează și faptului că atunci când rezistența de bază devine mai mare, tensiunea este redistribuită, căderea de tensiune pe bază crește, iar căderea de tensiune pe joncțiunea p-n scade și curentul scade în consecință.

Efectul magnetodiodei poate fi investigat cantitativ analizând caracteristica curent-tensiune a magnetodiodei, care este prezentată în figură. Aici este evident că pe măsură ce inducția magnetică crește, curentul direct scade.

Faptul este că magnetodioda diferă de diodele semiconductoare obișnuite prin faptul că este alcătuită dintr-un semiconductor cu o rezistență mare, a cărui conductivitate este apropiată de propria sa, iar lungimea bazei d este de câteva ori mai mare decât lungimea deviației de purtătorul difuz L .În timp ce la diodele obișnuite d este mai mic decât L.

Rețineți că diodele magneto se caracterizează printr-o scădere mai mare a tensiunii directe, spre deosebire de diodele clasice, care se datorează tocmai rezistenței crescute a bazei. Cu alte cuvinte, o magnetodiodă este un dispozitiv semiconductor cu o joncțiune pn și contacte neredresoare între care există o regiune semiconductoare de înaltă rezistență.

Diodele magnetice sunt realizate din semiconductori nu numai cu rezistență ridicată, ci și cu cea mai mare mobilitate posibilă a purtătorilor de sarcină. Adesea, structura magnetodiodei p-i-n, în timp ce regiunea i este alungită și are o rezistență semnificativă, tocmai în aceasta se observă un efect magnetorezistiv pronunțat. În acest caz, sensibilitatea diodelor magnetice la modificările inducției magnetice este mai mare decât cea a senzorilor Hall din același material.

De exemplu, pentru magnetodiode KD301V la B = 0 și I = 3 mA, căderea de tensiune pe diodă este de 10 V, iar la B = 0,4 T și I = 3 mA — aproximativ 32 V. În direcția înainte la niveluri de injecție ridicate , conducția magnetodiodei este determinată de purtători de neechilibru injectați în bază.

Căderea de tensiune are loc în principal nu la joncțiunea p-n, ca într-o diodă convențională, ci la o bază cu rezistență ridicată. Dacă dioda magnetică purtătoare de curent este plasată într-un câmp magnetic transversal B, atunci rezistența de bază va crește. Acest lucru va face ca curentul prin dioda magnetică să scadă.

În diodele „lungi” (d / L> 1, unde d este lungimea bazei, L este lungimea efectivă a polarizării difuziei), distribuția purtătorului și, prin urmare, rezistența diodei (bazei) este determinată cu precizie de lungime L.

O scădere a lui L determină o scădere a concentrației purtătorilor neechilibrați în bază, adică o creștere a rezistenței sale. Acest lucru, după cum sa menționat mai sus, face ca scăderea tensiunii de bază să crească și joncțiunea p-n să scadă (la U = const).Scăderea căderii de tensiune pe joncțiunea p-n face ca curentul de injecție să scadă și, prin urmare, rezistența de bază să crească în continuare.

Lungimea L poate fi modificată prin aplicarea unui câmp magnetic la diodă. Un astfel de efect duce practic la o răsucire a suporturilor în mișcare și mobilitatea acestora scade, prin urmare, scade și L. În același timp, liniile curente sunt alungite, adică grosimea efectivă a bazei crește. Acesta este efectul de diodă magnetică în vrac.

Diodele magnetice sunt utilizate pe scară largă și divers: butoane și taste fără contact, senzori pentru poziția corpurilor în mișcare, citirea magnetică a informațiilor, controlul și măsurarea cantităților neelectrice, traductoare de câmp magnetic și traductoare de unghi.

Diodele magneto se găsesc în releele fără contact, diodele magneto din circuite înlocuiesc colectorii motoarelor de curent continuu. Există amplificatoare de diodă magnetică AC și DC în care intrarea este o bobină electromagnetică care antrenează dioda magnetică, iar ieșirea este circuitul diodei însuși. La curenți de până la 10 A se pot obține câștiguri de ordinul a 100.

Industria internă produce mai multe tipuri de magnetodiode. Sensibilitatea lor variază de la 10-9 la 10-2 A/m. Există, de asemenea, magnetodiode capabile să determine nu numai puterea câmpului magnetic, ci și direcția acestuia.

Din cele de mai sus este clar că utilizarea diodelor magnetice necesită o sursă de câmp magnetic constant sau variabil. Magneții permanenți sau electromagneții pot fi utilizați ca atare sursă. Diodele magnetice trebuie instalate astfel încât liniile câmpului magnetic să fie perpendiculare pe suprafețele laterale ale structurii semiconductoare.

Funcționarea diodelor magnetice este permisă atunci când sunt conectate în serie. Dacă este necesară operarea diodelor magnetice în condiții de umiditate relativă a mediului de până la 98% și la o temperatură de 40 ° C, se recomandă etanșarea suplimentară folosind compuși pe bază de rășini epoxidice.