Cosa sono i magnetodiodi e dove vengono utilizzati

Un magnetodiodo è un tipo di diodo a semiconduttore, la cui caratteristica corrente-tensione può cambiare sotto l'influenza di un campo magnetico.

Normale diodo a semiconduttore ha una base sottile in modo che il campo magnetico cambi leggermente la sua caratteristica corrente-tensione. Mentre i magnetodiodi si distinguono per una base spessa (lunga), con la quale la lunghezza del percorso per la corrente supera notevolmente la lunghezza dissipata dei portatori iniettati nella base.

Lo spessore tradizionale della base è di pochi millimetri e la sua resistenza è paragonabile alla resistenza diretta p-n-giunzione… All'aumentare dell'induzione del campo magnetico diretto attraverso di essa, la resistenza della base aumenta in modo significativo, simile a quella di un magnetoresistore.

In questo caso aumenta anche la resistenza totale del diodo e la corrente diretta diminuisce.Questo fenomeno di riduzione della corrente è anche dovuto al fatto che quando la resistenza di base aumenta, la tensione viene ridistribuita, la caduta di tensione attraverso la base aumenta e la caduta di tensione attraverso la giunzione p-n diminuisce e la corrente diminuisce di conseguenza.

L'effetto del magneto-diodo può essere indagato quantitativamente osservando la caratteristica corrente-tensione del magneto-diodo, che è mostrata nella figura. Qui è evidente che all'aumentare dell'induzione magnetica, la corrente diretta diminuisce.

Il fatto è che il magnetodiodo differisce dai normali diodi a semiconduttore in quanto è costituito da un semiconduttore con un'elevata resistenza, la cui conduttività è vicina alla sua e la lunghezza della base d è parecchie volte maggiore della lunghezza di deviazione di il portatore diffuso L .Mentre nei diodi ordinari d è inferiore a L.

Si noti che i diodi magneto sono caratterizzati da una maggiore caduta di tensione diretta, a differenza dei diodi classici, che è proprio dovuta alla maggiore resistenza della base. In altre parole, un magnetodiodo è un dispositivo semiconduttore con una giunzione pn e contatti non rettificanti tra i quali è presente una regione semiconduttrice ad alta resistenza.

I diodi magnetici sono costituiti da semiconduttori non solo ad alta resistenza, ma anche con la massima mobilità possibile dei portatori di carica. Spesso la struttura del magnetodiodo p-i-n, mentre la regione i è allungata e presenta una resistenza significativa, è proprio in questa che si osserva un pronunciato effetto magnetoresistivo. In questo caso, la sensibilità dei diodi magnetici alle variazioni di induzione magnetica è superiore a quella dei sensori Hall realizzati con lo stesso materiale.

Ad esempio, per i magnetodiodi KD301V a B = 0 e I = 3 mA, la caduta di tensione attraverso il diodo è di 10 V, e a B = 0,4 T e I = 3 mA — circa 32 V. Nella direzione in avanti a livelli di iniezione elevati , la conduzione del magnetodiodo è determinata dai portatori di non equilibrio iniettati nella base.

La caduta di tensione si verifica principalmente non sulla giunzione p-n, come in un diodo convenzionale, ma su una base ad alta resistenza. Se il diodo magnetico che trasporta corrente è posto in un campo magnetico trasversale B, la resistenza di base aumenterà. Ciò farà diminuire la corrente attraverso il diodo magnetico.

Nei diodi «lunghi» (d / L> 1, dove d è la lunghezza della base, L è la lunghezza effettiva della polarizzazione di diffusione), la distribuzione della portante e quindi la resistenza del diodo (base) è determinata appunto dalla lunghezza l.

Una diminuzione di L provoca una diminuzione della concentrazione di portatori di non equilibrio nella base, cioè un aumento della sua resistenza. Ciò, come notato sopra, fa aumentare la caduta di tensione di base e diminuire la giunzione p-n (a U = const).La diminuzione della caduta di tensione attraverso la giunzione p-n provoca la diminuzione della corrente di iniezione e quindi un ulteriore aumento della resistenza di base.

La lunghezza L può essere modificata applicando un campo magnetico al diodo. Tale effetto porta praticamente ad una torsione dei carrelli in movimento e la loro mobilità diminuisce, quindi diminuisce anche L. Contemporaneamente, le linee di corrente si allungano, cioè aumenta lo spessore effettivo della base. Questo è l'effetto del diodo magnetico di massa.

I diodi magnetici sono utilizzati in modo ampio e diversificato: pulsanti e tasti senza contatto, sensori per la posizione di corpi in movimento, lettura magnetica di informazioni, controllo e misurazione di grandezze non elettriche, trasduttori di campo magnetico e trasduttori angolari.

I magneto diodi si trovano nei relè senza contatto, i magneto diodi nei circuiti sostituiscono i collettori dei motori CC. Esistono amplificatori a diodi magnetici CA e CC in cui l'ingresso è una bobina elettromagnetica che guida il diodo magnetico e l'uscita è il circuito del diodo stesso. A correnti fino a 10 A si possono ottenere guadagni dell'ordine di 100.

L'industria domestica produce diversi tipi di magnetodiodi. La loro sensibilità varia da 10-9 a 10-2 A/m. Esistono anche magnetodiodi in grado di determinare non solo l'intensità del campo magnetico, ma anche la sua direzione.

Da quanto sopra è chiaro che l'uso di diodi magnetici richiede una sorgente di campo magnetico costante o variabile. Magneti permanenti o elettromagneti possono essere utilizzati come tale fonte. I diodi magnetici devono essere installati in modo che le linee del campo magnetico siano perpendicolari alle superfici laterali della struttura del semiconduttore.

Il funzionamento dei diodi magnetici è consentito quando sono collegati in serie. Se è necessario far funzionare i diodi magnetici in condizioni di umidità relativa dell'ambiente fino al 98% e ad una temperatura di 40°C, si consiglia una sigillatura aggiuntiva utilizzando composti a base di resine epossidiche.