Co jsou magnetodiody a kde se používají

Magnetodioda je druh polovodičové diody, jejíž proudově-napěťová charakteristika se může měnit vlivem magnetického pole.

Normální polovodičová dioda má tenkou základnu, takže magnetické pole mírně mění svou proudově-napěťovou charakteristiku. Zatímco magnetodody se vyznačují tlustou (dlouhou) základnou, u které délka dráhy pro proud výrazně přesahuje disipovanou délku nosičů vstřikovaných do základny.

Tradiční tloušťka základny je jen pár milimetrů a její odolnost je srovnatelná s odporem přímým p-n-křižovatka… Se zvyšující se indukcí magnetického pole vedeného skrz něj se výrazně zvyšuje odpor báze, podobně jako u magnetorezistoru.

V tomto případě se také zvyšuje celkový odpor diody a snižuje se propustný proud.Tento jev snížení proudu je také způsoben tím, že když se odpor báze zvětší, napětí se přerozdělí, úbytek napětí na bázi se zvětší a úbytek napětí na p-n přechodu se sníží a proud se odpovídajícím způsobem sníží.

Vliv magnetodiody lze kvantitativně zkoumat pohledem na proudově napěťovou charakteristiku magnetodiody, která je znázorněna na obrázku. Zde je evidentní, že s rostoucí magnetickou indukcí klesá propustný proud.

Faktem je, že magnetodioda se liší od běžných polovodičových diod tím, že je vyrobena z polovodiče s vysokým odporem, jehož vodivost se blíží jeho vlastní a délka báze d je několikrát větší než délka odchylky difuzní nosič L .Zatímco u běžných diod je d menší než L.

Všimněte si, že magnetodiody se na rozdíl od klasických diod vyznačují větším úbytkem napětí v propustném směru, což je dáno právě zvýšeným odporem báze. Jinými slovy, magnetodioda je polovodičová součástka s pn přechodem a neusměrňovacími kontakty, mezi kterými je vysokoodporová polovodičová oblast.

Magnetické diody jsou vyrobeny z polovodičů nejen s vysokým odporem, ale také s co největší pohyblivostí nosičů náboje. Často je struktura p-i-n magnetodiody, zatímco oblast i je protáhlá a má významný odpor, právě v tomto je pozorován výrazný magnetorezistivní účinek. V tomto případě je citlivost magnetických diod na změny magnetické indukce vyšší než u Hallových senzorů ze stejného materiálu.

Například pro magnetodiody KD301V při B = 0 a I = 3 mA je úbytek napětí na diodě 10 V a při B = 0,4 T a I = 3 mA - asi 32 V. V propustném směru při vysokých úrovních vstřikování , vodivost magnetodidy je určena nerovnovážnými nosiči vstřikovanými do báze.

K poklesu napětí dochází hlavně ne na p-n přechodu, jako u klasické diody, ale na bázi s vysokým odporem. Pokud je magnetická dioda s proudem umístěna v příčném magnetickém poli B, pak se základní odpor zvýší. To způsobí snížení proudu procházejícího magnetickou diodou.

U «dlouhých» diod (d / L> 1, kde d je délka báze, L je efektivní délka difúzního předpětí) je rozložení nosné, a tedy i odpor diody (báze) přesně určeno délka L.

Pokles L způsobí pokles koncentrace nerovnovážných nosičů v bázi, tedy zvýšení jejího odporu. To, jak bylo uvedeno výše, způsobí zvýšení úbytku napětí báze a snížení přechodu p-n (při U = konst.) Pokles úbytku napětí na přechodu p-n způsobí snížení injektážního proudu a tudíž další zvýšení odporu báze.

Délku L lze změnit aplikací magnetického pole na diodu. Takový efekt prakticky vede ke zkroucení pohyblivých nosičů a jejich pohyblivost klesá, proto se zmenšuje i L. Současně se prodlužují proudové čáry, to znamená, že se zvětšuje efektivní tloušťka základny. Toto je efekt hromadné magnetické diody.

Magnetické diody se používají široce a rozmanitě: bezdotyková tlačítka a klávesy, snímače polohy pohybujících se těles, magnetické čtení informací, řízení a měření neelektrických veličin, snímače magnetického pole a snímače úhlu.

Magnetodiody se nacházejí v bezkontaktních relé, magnetodiody v obvodech nahrazují kolektory stejnosměrných motorů. Existují zesilovače střídavých a stejnosměrných magnetických diod, kde vstupem je elektromagnetická cívka, která pohání magnetickou diodu, a výstupem je samotný obvod diody. Při proudech do 10 A lze získat zisky řádově 100.

Domácí průmysl vyrábí několik typů magnetodiod. Jejich citlivost se pohybuje od 10-9 do 10-2 A/m. Existují také magnetodody schopné určovat nejen sílu magnetického pole, ale i jeho směr.

Z výše uvedeného je zřejmé, že použití magnetických diod vyžaduje zdroj konstantního nebo proměnného magnetického pole. Jako takový zdroj lze použít permanentní magnety nebo elektromagnety. Magnetické diody musí být instalovány tak, aby siločáry magnetického pole byly kolmé k bočním plochám polovodičové struktury.

Provoz magnetických diod je povolen, když jsou zapojeny do série. Je-li nutné provozovat magnetické diody v podmínkách relativní vlhkosti prostředí do 98% a teplotě 40°C, doporučuje se dodatečné utěsnění směsmi na bázi epoxidových pryskyřic.