מהן מגנודיודות והיכן משתמשים בהן

מגנטודיודה היא סוג של דיודה מוליכים למחצה, שאופייני המתח הזרם שלה יכול להשתנות בהשפעת שדה מגנטי.

נוֹרמָלִי דיודה מוליכים למחצה בעל בסיס דק כך שהשדה המגנטי משנה מעט את מאפיין הזרם-מתח שלו. בעוד מגנטודיודות נבדלות על ידי בסיס עבה (ארוך), שאורך הנתיב של הזרם עמו חורג משמעותית מהאורך המתפזר של הנשאים המוזרקים לבסיס.

העובי המסורתי של הבסיס הוא מילימטרים בודדים בלבד, וההתנגדות שלו דומה להתנגדות הישירה p-n-צומת... ככל שהאינדוקציה של השדה המגנטי המכוון דרכו גדלה, ההתנגדות של הבסיס גדלה באופן משמעותי, בדומה לזו של מגנטוריסט.

במקרה זה, ההתנגדות הכוללת של הדיודה עולה גם היא, והזרם קדימה יורד.תופעת הפחתת זרם זו נובעת גם מכך שכאשר התנגדות הבסיס נעשית גדולה יותר, המתח מתחלק מחדש, ירידת המתח על פני הבסיס עולה, ירידת המתח על פני צומת p-n פוחתת והזרם יורד בהתאם.

ניתן לחקור כמותית את השפעת המגנטו-דיודה על ידי התבוננות במתח הזרם המאפיין את המגנטודיודה, המופיע באיור. כאן ניכר שככל שהאינדוקציה המגנטית עולה, הזרם הקדמי פוחת.

העובדה היא שהמגנטודיודה שונה מדיודות מוליכים למחצה רגילות בכך שהיא עשויה ממוליכים למחצה עם התנגדות גבוהה, שמוליכותו קרובה לשלה, ואורך הבסיס d גדול פי כמה מאורך הסטייה של הנשא המפוזר L .בעוד שבדיודות רגילות d קטן מ-L.

שימו לב שדיודות מגנטו מתאפיינות במפלת מתח גדולה יותר קדימה, בניגוד לדיודות קלאסיות, שדווקא נובע מההתנגדות המוגברת של הבסיס. במילים אחרות, מגנטודיודה היא התקן מוליכים למחצה עם צומת pn ומגעים לא מתקינים שביניהם יש אזור מוליכים למחצה בעל התנגדות גבוהה.

דיודות מגנטיות עשויות ממוליכים למחצה לא רק עם התנגדות גבוהה, אלא גם עם הניידות הגדולה ביותר האפשרית של נושאי מטען. לעתים קרובות, המבנה של מגנטודיודה p-i-n, בעוד שאזור i מוארך ובעל התנגדות משמעותית, דווקא בכך נצפה אפקט מגנטוריסטי בולט. במקרה זה, הרגישות של דיודות מגנטיות לשינויים באינדוקציה מגנטית גבוהה מזו של חיישני הול העשויים מאותו חומר.

לדוגמה, עבור מגנטודיודות KD301V ב-B = 0 ו-I = 3 mA, מפל המתח על פני הדיודה הוא 10 V, וב-B = 0.4 T ו-I = 3 mA - כ-32 V. בכיוון קדימה ברמות הזרקה גבוהות , ההולכה של המגנטודיודה נקבעת נשאים ללא שיווי משקל המוזרקים לבסיס.

נפילת המתח מתרחשת בעיקר לא בצומת p-n, כמו בדיודה קונבנציונלית, אלא בבסיס עם התנגדות גבוהה. אם הדיודה המגנטית נושאת הזרם ממוקמת בשדה מגנטי רוחבי B, אזי התנגדות הבסיס תגדל. זה יגרום להקטנת הזרם דרך הדיודה המגנטית.

בדיודות "ארוכות" (d / L> 1, כאשר d הוא אורך הבסיס, L הוא האורך האפקטיבי של הטיית הדיפוזיה), התפלגות הנשא ולכן ההתנגדות של הדיודה (הבסיס) נקבעת במדויק על ידי אורך L.

ירידה ב-L גורמת לירידה בריכוז הנשאים שאינם שיווי משקל בבסיס, כלומר לעלייה בהתנגדות שלו. זה, כפי שצוין לעיל, גורם לעלייה של ירידת מתח הבסיס ולירידה בצומת p-n (ב-U = const). הירידה במפלת המתח על פני צומת p-n גורמת לירידה בזרם ההזרקה ולכן התנגדות הבסיס לעלייה נוספת.

ניתן לשנות את האורך L על ידי הפעלת שדה מגנטי על הדיודה. השפעה כזו מובילה למעשה לפיתול של המובילים הנעים והניידות שלהם פוחתת, ולכן גם L יורד כפי שהוא. במקביל, קווי הזרם מתארכים, כלומר, העובי האפקטיבי של הבסיס גדל. זהו אפקט הדיודה המגנטית בתפזורת.

דיודות מגנטיות נמצאות בשימוש נרחב ומגוון: לחצנים ומקשים ללא מגע, חיישנים למיקום גופים נעים, קריאה מגנטית של מידע, בקרה ומדידה של כמויות לא חשמליות, מתמרי שדה מגנטי ומתמרי זווית.

דיודות מגנטו נמצאות בממסרים ללא מגע, דיודות מגנטו במעגלים מחליפות את הקולטים של מנועי DC. ישנם מגברי דיודות מגנטיות AC ו-DC כאשר הקלט הוא סליל אלקטרומגנטי המניע את הדיודה המגנטית והמוצא הוא מעגל הדיודה עצמו. בזרמים של עד 10 A, ניתן לקבל רווחים בסדר גודל של 100.

התעשייה המקומית מייצרת מספר סוגים של מגנטודיודות. הרגישות שלהם משתנה בין 10-9 ל-10-2 A / m. יש גם מגנודיודות המסוגלות לקבוע לא רק את עוצמת השדה המגנטי, אלא גם את הכיוון שלו.

מהאמור לעיל ברור שהשימוש בדיודות מגנטיות מצריך מקור של שדה מגנטי קבוע או משתנה. מגנטים קבועים או אלקטרומגנטים יכולים לשמש כמקור כזה. יש להתקין את הדיודות המגנטיות כך שקווי השדה המגנטי יהיו מאונכים למשטחי הצד של מבנה המוליכים למחצה.

פעולתן של דיודות מגנטיות מותרת כאשר הן מחוברות בסדרה. אם יש צורך להפעיל את הדיודות המגנטיות בתנאים של לחות יחסית של הסביבה עד 98% ובטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס, מומלץ איטום נוסף באמצעות תרכובות על בסיס שרפי אפוקסי.