O que são magnetodiodos e onde são usados

Um magnetodiodo é um tipo de diodo semicondutor, cuja característica de corrente-tensão pode mudar sob a influência de um campo magnético.

Normal diodo semicondutor tem uma base fina de modo que o campo magnético muda ligeiramente sua característica de tensão-corrente. Enquanto os magnetodiodos se distinguem por uma base espessa (longa), com a qual o comprimento do caminho para a corrente excede significativamente o comprimento dissipado dos portadores injetados na base.

A espessura tradicional da base é de apenas alguns milímetros e sua resistência é comparável à resistência direta p-n-junção… À medida que a indução do campo magnético direcionado através dele aumenta, a resistência da base aumenta significativamente, semelhante à de um magnetorresistor.

Nesse caso, a resistência total do diodo também aumenta e a corrente direta diminui.Esse fenômeno de redução de corrente também se deve ao fato de que, quando a resistência da base aumenta, a tensão é redistribuída, a queda de tensão na base aumenta e a queda de tensão na junção p-n diminui e a corrente diminui de acordo.

O efeito do magnetodiodo pode ser investigado quantitativamente observando a característica corrente-tensão do magnetodiodo, que é mostrada na figura. Aqui é evidente que, à medida que a indução magnética aumenta, a corrente direta diminui.

O fato é que o magnetodiodo difere dos diodos semicondutores comuns porque é feito de um semicondutor com alta resistência, cuja condutividade é próxima à sua, e o comprimento da base d é várias vezes maior que o comprimento do desvio de a portadora difusa L . Enquanto em diodos comuns d é menor que L.

Observe que os diodos magneto são caracterizados por uma queda de tensão direta maior, ao contrário dos diodos clássicos, que se deve justamente ao aumento da resistência da base. Em outras palavras, um magnetodiodo é um dispositivo semicondutor com uma junção pn e contatos não retificadores entre os quais existe uma região semicondutora de alta resistência.

Os diodos magnéticos são feitos de semicondutores não apenas com alta resistência, mas também com a maior mobilidade possível de portadores de carga. Freqüentemente, a estrutura do magnetodiodo p-i-n, enquanto a região i é alongada e possui uma resistência significativa, é precisamente nisso que se observa um efeito magnetorresistivo pronunciado. Nesse caso, a sensibilidade dos diodos magnéticos a mudanças na indução magnética é maior que a dos sensores Hall feitos do mesmo material.

Por exemplo, para magnetodiodos KD301V em B = 0 e I = 3 mA, a queda de tensão no diodo é de 10 V e em B = 0,4 T e I = 3 mA - cerca de 32 V. Na direção direta em altos níveis de injeção , a condução do magnetodiodo é determinada por portadores de não equilíbrio injetados na base.

A queda de tensão ocorre principalmente não na junção p-n, como em um diodo convencional, mas em uma base com alta resistência. Se o diodo magnético condutor de corrente for colocado em um campo magnético transversal B, a resistência de base aumentará. Isso fará com que a corrente através do diodo magnético diminua.

Em diodos «longos» (d / L> 1, onde d é o comprimento da base, L é o comprimento efetivo do viés de difusão), a distribuição dos portadores e, portanto, a resistência do diodo (base) é determinada com precisão pelo comprimento L.

Uma diminuição em L causa uma diminuição na concentração de portadores fora do equilíbrio na base, ou seja, um aumento em sua resistência. Isso, conforme observado acima, faz com que a queda de tensão de base aumente e a junção p-n diminua (em U = const). A diminuição na queda de tensão na junção p-n faz com que a corrente de injeção diminua e, portanto, a resistência de base aumente ainda mais.

O comprimento L pode ser alterado pela aplicação de um campo magnético ao diodo. Tal efeito praticamente leva a uma torção dos portadores em movimento e sua mobilidade diminui, portanto, L também diminui como está. Simultaneamente, as linhas de corrente são alongadas, ou seja, a espessura efetiva da base aumenta. Este é o efeito do diodo magnético em massa.

Os diodos magnéticos são amplamente e diversamente utilizados: botões e teclas sem contato, sensores para a posição de corpos em movimento, leitura magnética de informações, controle e medição de grandezas não elétricas, transdutores de campo magnético e transdutores de ângulo.

Os diodos magnéticos são encontrados em relés sem contato, os diodos magnéticos em circuitos substituem os coletores de motores DC. Existem amplificadores de diodo magnético AC e DC onde a entrada é uma bobina eletromagnética que aciona o diodo magnético e a saída é o próprio circuito de diodo. Em correntes de até 10 A, ganhos da ordem de 100 podem ser obtidos.

A indústria nacional produz vários tipos de magnetodiodos. Sua sensibilidade varia de 10-9 a 10-2 A / m. Existem também magnetodiodos capazes de determinar não apenas a força do campo magnético, mas também sua direção.

Do exposto fica claro que o uso de diodos magnéticos requer uma fonte de campo magnético constante ou variável. Ímãs permanentes ou eletroímãs podem ser usados ​​como tal fonte. Os diodos magnéticos devem ser instalados de modo que as linhas do campo magnético sejam perpendiculares às superfícies laterais da estrutura do semicondutor.

A operação de diodos magnéticos é permitida quando eles são conectados em série. Caso seja necessário operar os diodos magnéticos em condições de umidade relativa do ambiente de até 98% e temperatura de 40°C, recomenda-se vedação adicional utilizando compostos à base de resinas epóxi.