Kaj so magnetodiode in kje se uporabljajo

Magnetna dioda je vrsta polprevodniške diode, katere tokovno-napetostna karakteristika se lahko spreminja pod vplivom magnetnega polja.

normalno polprevodniška dioda ima tanko osnovo, tako da magnetno polje nekoliko spremeni svojo tokovno-napetostno karakteristiko. Medtem ko se magnetodiode odlikujejo z debelo (dolgo) bazo, pri kateri dolžina poti za tok bistveno presega razpršeno dolžino nosilcev, vbrizganih v bazo.

Tradicionalna debelina podlage je le nekaj milimetrov, njena odpornost pa je primerljiva z neposrednim uporom p-n-stičišče… Ko se indukcija magnetnega polja, usmerjenega skozenj, poveča, se upor baze znatno poveča, podobno kot pri magnetnem uporu.

V tem primeru se poveča tudi skupni upor diode, smerni tok pa se zmanjša.Ta pojav zmanjšanja toka je tudi posledica dejstva, da ko se upor baze poveča, se napetost prerazporedi, padec napetosti na bazi se poveča, padec napetosti na p-n spoju pa se zmanjša in tok ustrezno zmanjša.

Učinek magnetodiode je mogoče kvantitativno raziskati s pogledom na tokovno-napetostno karakteristiko magnetodiode, ki je prikazana na sliki. Tukaj je očitno, da se z naraščanjem magnetne indukcije smerni tok zmanjšuje.

Dejstvo je, da se magnetodioda od navadnih polprevodniških diod razlikuje po tem, da je narejena iz polprevodnika z visokim uporom, katerega prevodnost je blizu njeni lastni, dolžina baze d pa je nekajkrat večja od dolžine odstopanja difuzni nosilec L. Medtem ko je pri navadnih diodah d manjši od L.

Upoštevajte, da je za magnetne diode značilen večji prednji padec napetosti, za razliko od klasičnih diod, kar je ravno posledica povečanega upora baze. Z drugimi besedami, magnetodioda je polprevodniška naprava s pn spojem in neusmerljivimi kontakti, med katerimi je polprevodniško območje visokega upora.

Magnetne diode so izdelane iz polprevodnikov ne le z visoko odpornostjo, temveč tudi z največjo možno mobilnostjo nosilcev naboja. Pogosto je struktura p-i-n magnetodiode, medtem ko je območje i podolgovato in ima pomemben upor, ravno v tem opazimo izrazit magnetorezistenčni učinek. V tem primeru je občutljivost magnetnih diod na spremembe magnetne indukcije večja kot pri Hallovih senzorjih iz istega materiala.

Na primer, za magnetodiode KD301V pri B = 0 in I = 3 mA je padec napetosti na diodi 10 V, pri B = 0,4 T in I = 3 mA pa približno 32 V. V smeri naprej pri visokih nivojih vbrizgavanja , je prevodnost magnetodiode določena z neravnotežnimi nosilci, vbrizganimi v bazo.

Padec napetosti se pojavi predvsem ne na p-n spoju, kot pri običajni diodi, ampak na bazi z visokim uporom. Če magnetno diodo s tokom postavimo v prečno magnetno polje B, se bo osnovni upor povečal. To bo povzročilo zmanjšanje toka skozi magnetno diodo.

V "dolgih" diodah (d / L> 1, kjer je d dolžina baze, L je efektivna dolžina difuzijskega prednapetja) je porazdelitev nosilca in s tem upor diode (baze) natančno določen z dolžina L.

Zmanjšanje L povzroči zmanjšanje koncentracije neravnovesnih nosilcev v bazi, to je povečanje njenega upora. To, kot je omenjeno zgoraj, povzroči povečanje padca osnovne napetosti in zmanjšanje p-n spoja (pri U = const). Zmanjšanje padca napetosti na p-n spoju povzroči zmanjšanje vbrizgalnega toka in s tem nadaljnje povečanje osnovnega upora.

Dolžino L lahko spremenite z uporabo magnetnega polja na diodo. Takšen učinek praktično vodi do zvijanja gibljivih nosilcev in njihova gibljivost se zmanjša, zato se zmanjša tudi L. Hkrati se tokovne črte podaljšajo, to pomeni, da se poveča efektivna debelina baze. To je učinek množične magnetne diode.

Magnetne diode se uporabljajo široko in raznoliko: brezkontaktni gumbi in tipke, senzorji za položaj gibajočih se teles, magnetno branje informacij, krmiljenje in merjenje neelektričnih veličin, pretvorniki magnetnega polja in pretvorniki kotov.

Magneto diode najdemo v brezkontaktnih relejih, magnetne diode v vezjih nadomeščajo kolektorje enosmernih motorjev. Obstajajo ojačevalniki z magnetno diodo AC in DC, kjer je vhod elektromagnetna tuljava, ki poganja magnetno diodo, izhod pa je diodno vezje samo. Pri tokovih do 10 A je mogoče doseči ojačanje reda 100.

Domača industrija proizvaja več vrst magnetodiod. Njihova občutljivost se giblje od 10-9 do 10-2 A / m. Obstajajo tudi magnetodiode, ki lahko določijo ne le moč magnetnega polja, ampak tudi njegovo smer.

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da uporaba magnetnih diod zahteva vir konstantnega ali spremenljivega magnetnega polja. Kot tak vir lahko uporabimo trajne magnete ali elektromagnete. Magnetne diode morajo biti nameščene tako, da so magnetne silnice pravokotne na stranske površine polprevodniške strukture.

Delovanje magnetnih diod je dovoljeno, če so povezane zaporedno. Če je treba magnetne diode delovati v pogojih relativne vlažnosti okolja do 98% in pri temperaturi 40 ° C, je priporočljivo dodatno tesnjenje z uporabo spojin na osnovi epoksi smol.