Čo sú magnetódy a kde sa používajú

Magnetodióda je typ polovodičovej diódy, ktorej charakteristika prúdového napätia sa môže meniť pod vplyvom magnetického poľa.

Normálne polovodičová dióda má tenkú základňu, takže magnetické pole mierne mení svoju prúdovo-napäťovú charakteristiku. Zatiaľ čo magnetodiódy sa vyznačujú hrubou (dlhou) základňou, pri ktorej dĺžka dráhy pre prúd výrazne presahuje rozptýlenú dĺžku nosičov vstrekovaných do základne.

Tradičná hrúbka základne je len niekoľko milimetrov a jej odolnosť je porovnateľná s priamym odporom p-n-križovatka… So zvyšujúcou sa indukciou magnetického poľa smerovaného cez ňu sa výrazne zvyšuje odpor bázy, podobne ako v prípade magnetorezistora.

V tomto prípade sa tiež zvyšuje celkový odpor diódy a klesá dopredný prúd.Tento jav znižovania prúdu je tiež spôsobený skutočnosťou, že keď sa odpor bázy zväčší, napätie sa prerozdelí, pokles napätia na báze sa zvýši a pokles napätia na prechode p-n sa zníži a prúd sa zodpovedajúcim spôsobom zníži.

Účinok magneto-diódy je možné kvantitatívne skúmať pohľadom na prúdovo-napäťovú charakteristiku magnetodiódy, ktorá je znázornená na obrázku. Tu je zrejmé, že so zvyšujúcou sa magnetickou indukciou klesá dopredný prúd.

Faktom je, že magnetodióda sa líši od bežných polovodičových diód tým, že je vyrobená z polovodiča s vysokým odporom, ktorého vodivosť je blízka jeho vlastnej a dĺžka základne d je niekoľkonásobne väčšia ako dĺžka odchýlky difúzny nosič L .Zatiaľ čo v bežných diódach je d menšie ako L.

Všimnite si, že magneto diódy sa na rozdiel od klasických diód vyznačujú väčším úbytkom napätia vpred, čo je spôsobené práve zvýšeným odporom základne. Inými slovami, magnetodióda je polovodičové zariadenie s pn prechodom a neupraviteľnými kontaktmi, medzi ktorými je vysokoodporová polovodičová oblasť.

Magnetické diódy sú vyrobené z polovodičov nielen s vysokým odporom, ale aj s čo najväčšou pohyblivosťou nosičov náboja. Často je štruktúra p-i-n magnetódiódy, zatiaľ čo oblasť i je predĺžená a má významný odpor, práve v nej sa pozoruje výrazný magnetorezistívny účinok. V tomto prípade je citlivosť magnetických diód na zmeny magnetickej indukcie vyššia ako u Hallových snímačov vyrobených z rovnakého materiálu.

Napríklad pre magnetódiódy KD301V pri B = 0 a I = 3 mA je pokles napätia na dióde 10 V a pri B = 0,4 T a I = 3 mA - asi 32 V. V smere dopredu pri vysokých úrovniach vstrekovania , vodivosť magnetodiódy je určená nerovnovážnymi nosičmi vstrekovanými do základne.

Pokles napätia sa vyskytuje hlavne nie na p-n prechode, ako je to u bežnej diódy, ale na základni s vysokým odporom. Ak je magnetická dióda s prúdom umiestnená v priečnom magnetickom poli B, potom sa základný odpor zvýši. To spôsobí zníženie prúdu cez magnetickú diódu.

V «dlhých» diódach (d / L> 1, kde d je dĺžka základne, L je efektívna dĺžka difúzneho predpätia) je rozloženie nosiča a teda aj odpor diódy (základne) presne určený dĺžka L.

Pokles L spôsobuje zníženie koncentrácie nerovnovážnych nosičov v báze, teda zvýšenie jej odporu. To, ako bolo poznamenané vyššie, spôsobí, že pokles napätia bázy sa zvýši a prechod p-n sa zníži (pri U = const).Pokles poklesu napätia na prechode p-n spôsobí zníženie vstrekovacieho prúdu, a teda ďalšie zvýšenie odporu bázy.

Dĺžku L je možné zmeniť pôsobením magnetického poľa na diódu. Takýto efekt prakticky vedie k skrúteniu pohyblivých nosičov a znižuje sa ich pohyblivosť, preto sa zmenšuje aj L. Súčasne sa predlžujú prúdové vedenia, to znamená, že sa zvyšuje efektívna hrúbka základne. Toto je efekt hromadnej magnetickej diódy.

Magnetické diódy sa používajú široko a rôznorodo: bezdotykové tlačidlá a klávesy, snímače polohy pohybujúcich sa telies, magnetické čítanie informácií, riadenie a meranie neelektrických veličín, snímače magnetického poľa a snímače uhla.

Magneto diódy sa nachádzajú v bezkontaktných relé, magneto diódy v obvodoch nahrádzajú kolektory jednosmerných motorov. Existujú AC a DC zosilňovače magnetických diód, kde vstupom je elektromagnetická cievka, ktorá poháňa magnetickú diódu a výstupom je samotný obvod diódy. Pri prúdoch do 10 A je možné získať zisky rádovo 100.

Domáci priemysel vyrába niekoľko typov magnetódiód. Ich citlivosť sa pohybuje od 10-9 do 10-2 A/m. Existujú aj magnetodiódy schopné určiť nielen silu magnetického poľa, ale aj jeho smer.

Z vyššie uvedeného je zrejmé, že použitie magnetických diód vyžaduje zdroj konštantného alebo premenlivého magnetického poľa. Ako taký zdroj možno použiť permanentné magnety alebo elektromagnety. Magnetické diódy musia byť inštalované tak, aby siločiary magnetického poľa boli kolmé na bočné plochy polovodičovej konštrukcie.

Prevádzka magnetických diód je povolená, keď sú zapojené do série. Ak je potrebné prevádzkovať magnetické diódy v podmienkach relatívnej vlhkosti prostredia do 98% a pri teplote 40°C, odporúča sa dodatočné tesnenie pomocou zmesí na báze epoxidových živíc.