Кристалл CdS 1 страница

свою энергию волне и ее амплитуда возрастает, т. е. происходит усиление волны. Коэффициент усиления может достигать десятков децибел.

Акустоэлектрический эффект вызы­вается действием либо объемных ультра­звуковых волн в толще звукопровода, либо поверхностных акустических волн (ПАВ). Это упругие волны, распростра­няющиеся по свободной поверхности твердого тела или вдоль границы твер­дого тела с другой средой и затухаю­щие при удалении от границы. Волны ПАВ могут иметь вертикальную поля­ризацию, когда смещение частиц в волне происходит перпендикулярно границе, или горизонтальную, когда смещение частиц происходит параллельно границе, но перпендикулярно направлению рас­пространения волны. Чаще всего исполь­зуются ПАВ с вертикальной поляриза­цией на границе твердого тела с вакуумом или газом (волны Рэлея).

Важнейшие свойства ПАВ — сравни­тельно небольшая (1,6 — 4,0 км/с) ско­рость распространения и возможность взаимодействия с планарными структу­рами в виде пленок на поверхности звукопровода. Этим обеспечивается пре­образование ПАВ в электрический сигнал и обратно, а также изменение направ­ления распространения волн, их отра­жение, усиление, затухание и другие процессы. То же может происходить и при взаимодействии ПАВ с электро­нами проводимости в пьезополупровод-никах.

10.4. ПРИБОРЫ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ

В последнее время все более широ­кое применение получают акустоэлект-ронные приборы на ПАВ. К ним от­носятся линии задержки, полосовые фильтры, резонаторы, различные датчи­ки и др. Принцип устройства таких приборов показан на рис. 10.5. В качестве звукопровода 1 обычно применяется пластина, или стержень, или провод из пьезоэлектрического материала (напри­мер, ниобат лития LiNb0₃, пьезокварц Si0₂, германат висмута Bi₁₂GeO₂₀, пье-зокерамика) с тщательно отполирован­

1 2 3

Рис. 10.5. Принцип устройства акустоэлек-тронного прибора на ПАВ

ной поверхностью, на которой располо­жены электромеханические преобразова­тели: входной (2) и выходной (3). Эти пре­образователи обычно выполняются в ви­де гребенчатых электродов из тонкой металлической пленки толщиной 0,1 — 0,5 мкм. Их называют встречно-шты­ревыми преобразователями (ВШП).. К входному ВШП подключен источник электрического сигнала, и в звукопро-воде возникает ПАВ. А в выходном преобразователе, к которому подключена нагрузка, возникает электрический сиг­нал.

Основные параметры преобразовате­лей на ПАВ — вносимое затухание, вход­ное и выходное сопротивление, частот­ная избирательность, полоса пропускае­мых частот. Все эти параметры зависят главным образом от устройства ВШП. Обычный ВШП не является одно­направленным. В приборе, показанном на рис. 10.5, только 50% энергии, из­лучаемой входным ВШП, идет к выход­ному ВШП. Остальная энергия, идущая в других направлениях, теряется. Иначе говоря, рассматриваемый простейший акустоэлектронный прибор вносит боль­шое затухание. Поэтому важной пробле­мой при создании высокоэффективных акустоэлектронных компонентов являет­ся уменьшение вносимого затухания путем рационального конструирования ВШП. Необходимо также, чтобы пре­образование электрических сигналов в акустические и обратно происходило в заданной полосе частот. Это особенно важно для полосовых фильтров и широ­кополосных линий задержки.

Геометрические размеры и форма входного ВШП определяют эффектив­ность преобразования электрического сигнала в акустическую волну. Для каждой частоты наиболее эффективное преобразование получается при опреде­ленных размерах ВШП. Число штырей ВШП определяет относительную полосу пропускаемых частот. Самая широкая полоса будет при ВШП, состоящем из двух штырей. Чем больше штырей, тем меньше ширина полосы пропускания.

Работа преобразователей на ПАВ ухудшается из-за различных вторичных явлений, к которым относится, напри­мер, отражение волн от границ звуко­провода и от границ электродов. Это отражение — основная причина искаже­ний выходного сигнала и ухудшения параметров прибора. Вредным следует также считать прямое прохождение электрического сигнала с входа на выход и передачу сигнала объемной акусти­ческой волной. При снижении затухания и уменьшении отражений за счет особых конструкций ВШП достигается одно­направленная передача.

Линии задержки на ПАВ обычно вносят затухания 0,5 —1,5 дБ. Верхняя частота, на которой работают такие линии, достигает 2 ГГц. Относительная полоса пропускания может быть весьма различной: от долей процента до 100%. Длительность задержки в зависимости от расстояния между ВШП и о/г конструк­ции составляет единицы — сотни микро­секунд. Задержка может быть фиксиро­ванной или регулируемой. На торцы звукопровода обычно наносят звуко­поглощающие покрытия, чтобы умень­шить отражение волн.

Динамический диапазон линий за­держки 80— 120 дБ. Для хорошей работы линии задержки важна температурная стабильность ее параметров. Темпера­турный коэффициент задержки (ТКЗ), близкий к нулю, получают, либо приме­няя специальный материал для звуко­провода (например, кремний с примесью фосфора), либо делая звукопровод из двух частей, имеющих ТКЗ разного знака, что создает взаимную компен­сацию. Диапазон рабочих температур линий задержки составляет десятки гра­дусов. Для увеличения времени задержки руть волны делают в виде спирали или ломаной линии либо соединяют последовательно несколько линий за­держки. Регулируемые линии задержки

имеют несколько ВШП, расположенных на разных расстояниях. Включая тот или иной ВШП, можно изменять время задержки.

Полосовые фильтры на ПАВ, по существу, представляют собой линии задержки с частотно-селективными свой­ствами. Такие фильтры могут быть сделаны на различные рабочие частоты и полосы частот. В узкополосных фильтрах относительная полоса частот может быть в пределах 0,01 — 1 %. Сверх -узкополосные и сверхширокополосные фильтры имеют высокую избиратель­ность. Вносимое затухание не более 3 дБ. Для повышения избирательности иногда применяют каскадное включение нескольких фильтров. Размеры электро­дов у фильтров на частоты 1 — 2 ГГц составляют единицы микрометров и менее. Подобные микрофильтры из­готовляются методами фото-, рентгенов­ской или электронно-лучевой литогра­фии.

Параметры фильтров на ПАВ не хуже, чем у LC-фильтров. В некоторых случаях фильтры на ПАВ обладают преимуществами. Так, например, в усили­телях промежуточной частоты телеви­зионных приемников должны быть точно настроены фильтры. Это проще сделать с фильтрами на ПАВ, а не с LC-фильтрами. Кроме того, производство фильтров на ПАВ легче автоматизи­ровать.

Помимо линий задержки и полосо­вых фильтров применяются еще многие другие приборы на ПАВ. Различные внешние воздействия на звукопровод изменяют условия распространения в нем ПАВ, и по этому принципу могут быть построены различные датчики. Под действием механических сил звукопровод растягивается или изгибается, и от этого изменяется время задержки. Кроме того, механические воздействия изменяют плотность и упругость звукопровода, и тогда изменяется скорость распро­странения волн. Она зависит также и от температуры. На этом основаны датчики для измерения силы, давления, температуры.

Имеется еще много различных акустоэлектронных приборов. Можно осуществить аттенюатор на ПАВ, если изменять давление на звукопровод, а значит, и вносимое звукопроводом за­тухание. Различные типы фильтров на ПАВ применяют для обработки и фор­мирования сложных фазо- и частотно-модулированных сигналов. Возможно осуществить фильтры с регулируемой полосой пропускания. Перспективы при­менения акустоэлектронных приборов непрерывно расширяются. Разрабаты­ваются новые виды пьезокерамики для звукопроводов. Постепенно улучшаются параметры приборов и уменьшается их стоимость.

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

11.1. ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Работа приборов и элементов маг-нитоэлектроники основана на явлениях электромагнетизма и электромагнитной индукции. Это, например, намагничива­ние, перемагничивание и размагничива­ние сердечников импульсными или не­прерывными токами, возникновение ЭДС в движущемся проводнике под действием магнитного поля и т. д. Методы магнито-

М АГНИТОЭЛЕКТРОНИ К А

электроники служат для различных пре­образований импульсных и непрерывных сигналов.

Во многих устройствах магнито-электроники применяются магнитные элементы с гистерезисными свойствами. Таковы, например, магнитные двоич­ные ячейки (МДЯ). В них используются магнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), показанной на рис. 11.1. Эти ячейки служат для запоминания информации, выраженной

	с		м + 1 и 1 ч
а	Л			"с

Рис. 11.1. Прямоугольная петля гистерезиса

в цифровой двоичной системе, или для выполнения различных логических операций. Магнитные элементы просты по устройству, дешевы и обладают высокой надежностью. Такие элементы применяются главным образом в ЭВМ, а также в некоторых устройствах автоматики.

Сердечники многих магнитных эле­ментов делаются из феррита с ППГ. Ферриты представляют собой керами­ческие вещества, изготовленные из смеси порошков оксида железа и оксидов таких металлов, как никель, цинк, маг­ний, марганец или медь. Порошок сме­шивается с некоторым связующим веществом и подвергается обжигу. В ре­зультате получается керамическое ве­щество большой твердости. Имеются ферриты различных типов, в частности с очень высокой магнитной проницае­мостью или с малыми потерями. Не­достатки ферритов — хрупкость, невоз­можность механической обработки из-за высокой твердости, старение (изменение значений параметров после длительной работы), зависимость параметров от температуры.

Кривая намагничивания на рис. 11.1 показывает, что при изменении напря* женности намагничивающего поля от Н_с до — Н_с происходит перемагничивание сердечника и магнитная индукция в нем изменяется от + В_тах до — В_тах. Таким образом, сердечник может находиться в одном из двух различных магнит­ных состояний. Одно из них (+ В_тлх) соответствует в двоичной системе цифре 1, а другое (-В_тах) - цифре 0.

Простейший запоминающий магнит­ный элемент имеет сердечник в виде кольца, обычно диаметром от долей миллиметра до нескольких миллиметров, с тремя обмотками. У этих обмоток часто лишь один неполный виток (рис. 11.2). Пусть в начальный момент магнитная индукция в сердечнике отри­цательная (— В_тах), что соответствует цифре 0. Если надо в таком элементе запомнить цифру 1, то в управляющую обмотку w_y подается импульс тока такой высоты и направления, что сердечник перемагничивается и магнитная индукция в нем изменяется от — В_тах до +В_тлх. После окончания импульса тока эта на-

Рис. 11.2. Простейший двоичный магнитный элемент

магниченность остается и может сохра­няться любое время. Если же надо запом­нить цифру 0, то в обмотку импульс тока либо вообще не подается, либо подается такой импульс, при котором сохраняется индукция — В_тлх. Таким об­разом, знак остаточной намагниченности после окончания импульса определяет, какая цифра записана: 0 или 1. Важно, что эти цифры сердечник может «за­помнить» на любое время, причем для этого не требуется расхода энергии и каких-то источников питания.

Для считывания, т. е. определения записанной цифры, в обмотку подает­ся импульс тока такой высоты и направ­ления, чтобы намагнитить сердечник до индукции — В_тлх. Если в сердечнике записана цифра 0 и он уже намагничен до — В_тлх, то от такого импульса тока индукция почти не изменится (неболь­шое изменение возможно лишь за счет того, что петля гистерезиса не является идеально прямоугольной). В выходной обмотке w₂ индуцируется очень неболь­шой импульс ЭДС, означающий, что в магнитном элементе записана цифра 0. Но если была записана единица,

т. е. сердечник намагничен до +В_т!1х, тогда при подаче считывающего импуль­са индукция изменится от + В_тах до — В_т!1Х, т. е. на 2В_тах. Такое изменение индукции вызовет в обмотке w₂ появ­ление значительного импульса ЭДС, соответствующего цифре 1. В обоих слу­чаях после считывания в сердечнике установится индукция — В_тах и снова можно записать цифру 0 или 1. В устройствах памяти ЭВМ применяется огромное количество подобных элемен­тов для запоминания любых больших чисел по двоичной системе. Такие элементы обычно работают совместно с диодами или транзисторами, образуя так называемые ферродиодные или ферро-транзисторные ячейки (иначе их назы­вают феррит-диодными или феррит-транзисторными).

Рассмотренный простейший магнит­ный элемент является основным для построения более сложных элементов. Недостаток простейшего элемента за­ключается в том, что записанная еди­ница после считывания уничтожается. В более совершенных магнитных эле­ментах, имеющих сердечник с двумя или большим числом отверстий и назы­ваемых трансфлюксорами, записанная информация сохраняется независимо от считывания. Также не уничтожается при считывании информация, записанная в магнитном элементе, сердечник которого имеет два взаимно перпендикулярных отверстия. Этот элемент получил назва­ние биакс.

11.2. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ДОМЕНЫ

Для создания магнитных элементов в микроэлектронике применяются маг­нитные пленки толщиной от долей микрометра до единиц микрометров, нанесенные на подложку. Важное свойст­во пленочных магнитных элементов заключается в том, что у них процессы намагничивания, перемагничивания и размагничивания протекают во много раз быстрее, нежели в элементах с обычными сердечниками.

Как и все ферромагнитные вещест­ва, магнитные пленки имеют доменную структуру, т. е. состоят из отдельных микроскопических областей — доменов с самопроизвольным (спонтанным) на­магничиванием. В пределах одного доме­на все атомы намагничены в одном направлении, и поэтому домен можно рассматривать как некоторый элементар­ный микроскопический магнитик. В не-намагниченном теле различные домены намагничены беспорядочно в разных направлениях и создаваемые ими магнит­ные поля взаимно компенсируются. Под действием внешнего магнитного поля на ферромагнитное вещество происходит упорядочение доменной структуры за счет изменения размеров доменов. До­мены, у которых направление намагни­ченности совпадает с направлением вектора напряженности внешнего поля, увеличиваются в размере, а домены с противоположным направлением на­магниченности уменьшаются.

Магнитные пленки таковы, что по толщине у них расположен только один слой доменов. Поэтому изменение доменной структуры может происходить лишь вдоль поверхности пленки. Вектор поля доменов перпендикулярен этой по­верхности. Домены имеют различные размеры, различную форму и различ­ное направление вектора магнитной ин­дукции. Если на магнитную пленку действует внешнее магнитное поле, век­тор которого направлен перпендикуляр­но поверхности пленки, то домены с вектором поля того же направления увеличиваются в размерах, а домены с противоположным направлением век­тора поля уменьшаются и при неко­тором значении напряженности внешне­го поля превращаются в цилиндрические магнитные домены (ЦМД). Это пока­зано на рис. 11.3. Диаметр ЦМД составляет 1 — 5 мкм. При более силь­ном внешнем поле домены исчезают. Устойчиво существуют ЦМД при опре­деленных значениях напряженности внешнего поля.

Можно создать ЦМД с помощью так называемого генератора доменов в виде проволочной петли с током (рис. 11.4). Такая петля из тонкой металлической пленки наносится на поверхность основной магнитной плен­

а) Н=0

Рис. 11.3. Схема образования ЦМД: а — до­мены при отсутствии внешнего поля; б — ЦМД, образовавшиеся при действии внеш­него поля

¹ Бит — двоичная единица количества информации.

ки. Если основная пленка пронизы­вается внешним магнитным полем, а через петлю генератора доменов про­пускается импульс тока, создающий магнитное поле с противоположно на­правленным вектором индукции, то в магнитной пленке под петлей образует­ся ЦМД.

Рис. 11.4. Генератор доменов

В запоминающих устройствах нали­чие ЦМД соответствует цифре 1, а от­сутствие ЦМД — цифре 0. Домены пред­ставляют собой устойчивые образования, и для записи двоичной информации их можно перемещать в каком-либо направлении, удаляя от генератора до­менов, чтобы последний при поступле­нии в него новых импульсов тока, соответствующих цифре 1, мог создавать новые домены. Таким образом, в отли­чие от системы записи информации на движущейся магнитной пленке в данной системе ЦМД, несущие информацию, сами движутся по неподвижной пленке.

Перемещение ЦМД в нужном направ­лении осуществляется следующим обра­зом. На поверхность основной пленки, в которой формируются ЦМД, нано­сят так называемые аппликации, пред­ставляющие собой небольшие участки (определенной формы) пленки магнито-мягкого материала (например, пермал­лоя). На эти аппликации действует внешнее вращающееся магнитное поле, у которого ось вращения перпендикуляр­на поверхности основной пленки. Такое вращающееся магнитное поле создается двумя взаимно перпендикулярными ка­тушками, которые питаются переменным током с фазовым сдвигом 90°. Мощность этих токов невелика, так как для -пере­мещения микроскопических доменов в тонкой магнитной пленке достаточно сравнительно слабого магнитного поля. А в режиме хранения информации расхода энергии вообще нет. Под влия­нием вращающегося магнитного поля от­дельные аппликации испытывают пере­менное намагничивание и своим магнит­ным полем заставляют ЦМД пере­мещаться. Скорость перемещения может быть весьма велика — десятки и даже сотни метров в секунду.

Вследствие малого размера доменов может быть достигнута плотность записи информации 10* —10⁵ бит/мм и даже выше¹, а скорость записи 10⁵ — 10⁶ бит/с. Считывание информации осу­ществляется разными способами. На­пример, на основную пленку можно нанести петлю из полупроводника, об­ладающего магниторезистивным эффек­том, т. е. изменяющего электрическое сопротивление под действием магнитно­го поля (рис. 11.5). Через петлю про­пускается постоянный ток. Если под петлей проходит ЦМД, то магнитное поле в петле изменяется. Тогда изме­няется сопротивление петли и ток в ней, что соответствует цифре 1. Постоянство

¹ Этот эффект был открыт американ­ским физиком Э. Холлом в 1879 г.

Рис. 11.5. Магниторезистивная петля для считывания информации

тока в петле означает цифру 0. Ци­линдрические магнитные домены могут успешно применяться не только в запо­минающих устройствах, но также в раз­личных логических и других элементах ЭВМ.

11.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА

В последние 20 лет значительное развитие получила полупроводниковая магнитоэлектроника, основанная на так называемых гальваномагнитных явле­ниях. Эти явления представляют собой результат воздействия магнитного поля на электрические свойства полупровод­ников, по которым протекает электри­ческий ток. Важнейшее из гальвано­магнитных явлений — эффект Холла Он состоит в том, что при протека­нии тока в полупроводнике возникает поперечная разность потенциалов, если на этот полупроводник действует маг­нитное поле, вектор которого перпенди­кулярен направлению тока.

Эффект Холла объясняется тем, что на подвижные носители заряда в магнит­ном поле действует сила Лоренца, которая вызывает их отклонение. Рас­смотрим для примера это явление в полупроводнике п-типа (рис. 11.6). Все сказанное ниже об электронах можно повторить и для дырок. Электроны под действием силы Лоренца отклоняются к одной из граней полупроводниковой пластинки. На этой грани возникает отрицательный заряд, а на противо­положной грани, откуда электроны ухо-

Рис. 11.6. Влияние эффекта Холла на траек­тории электронов в полупроводнике я-типа

дят, — положительный заряд. Между электродами на этих гранях создается разность потенциалов и электрическое поле, которое противодействует смеще­нию электронов под влиянием силы Лоренца. Когда сила, действующая на электрон со стороны поля, становится равной силе Лоренца, дальнейшее сме­щение электронов прекращается и насту­пает равновесное состояние. Сила поля равна qE, а сила Лоренца qvB, где q — заряд электрона, Е — напряженность поля, v — скорость поступательного дви­жения электронов. Из равенства этих сил вытекает, что Е = vB. Выразив Е как Uд /d, где Uh — напряжение Холла между электродами на гранях, a d — расстояние между гранями, получим U_н jd = vB или U_H = dvB.

Как видно, получается линейная за­висимость между напряжением, возни­кающим при эффекте Холла, и магнит­ной индукцией, вызывающей это напря­жение. Поэтому удобно использовать эффект Холла для построения приборов, измеряющих магнитную индукцию. При­боры, в которых используется эффект Холла, принято называть преобразовате­лями Холла или датчиками Холла. Их широко применяют для различных изме­рений. Поскольку магнитное поле может быть создано электрическим током и в этом случае магнитная индукция про­порциональна силе тока, то на основе эффекта Холла созданы бесконтактные измерители силы тока. Это особенно важно для измерения сильных постоян­ных токов, протекающих по проводам большого диаметра, которые практи­чески невозможно разрывать для вклю­чения амперметра.

Преобразователи Холла применяют­ся и для многих других целей, напри­мер для измерения электрической мощ­

ности и таких неэлектрических величин, как давление, перемещение, угол и др. С помощью эффекта Холла возможно измерение подвижности и концентрации носителей заряда в полупроводниках.

Важнейший параметр преобразовате­лей Холла — магнитная чувствитель­ность, представляющая собой отноше­ние возникшего напряжения к магнитной индукции, т. е. напряжение Холла при магнитной индукции, равной единице.

11.4. МАГНИТОРЕЗИСТОРЫ

Магниторезисторы — это полупро­водниковые резисторы, у которых электрическое сопротивление зависит от действующего на резистор магнитного поля. Изменение электрического сопро­тивления под действием поперечного магнитного поля называют магнито-резистивным эффектом (эффектом Гаусса). Этот эффект объясняется сле­дующим образом.

Если бы все электроны имели оди­наковую среднюю скорость, то при ра­венстве силы поля и силы Лоренца они двигались бы так, как будто магнит­ного поля вообще нет. Но в действи­тельности скорости у электронов различ­ны. Поэтому для электронов, скорость которых отличается от средней, нет равенства силы поля и силы Лоренца. Одна из этих сил больше другой и вызывает отклонение электронов. Траек­тории таких электронов искривляются, и путь электронов становится длиннее, а это означает, что увеличивается сопро­тивление полупроводника. В этом и заключается магниторезистивный эф­фект. При увеличении магнитной индук­ции от 0 до 1 Тл сопротивление магниторезисторов может увеличиться в несколько раз.

Увеличение сопротивления тем боль­ше, чем больше магнитная индукция и подвижность носителей. Поэтому для изготовления магниторезисторов при­меняют полупроводники с возможно более высокой подвижностью носите­лей заряда, например антимонид индия InSb или арсенид индия InAs и неко­торые другие. Как и у всех полу­проводниковых приборов, сопротивле­ние магниторезисторов при повыше­нии температуры значительно умень­шается.

Основные параметры магниторезис­торов: номинальное сопротивление при отсутствии магнитного поля; отношение сопротивления при действии магнитного поля с определенным значением магнит­ной индукции к номинальному сопро­тивлению; температурный коэффициент сопротивления и максимальная допусти­мая мощность рассеяния.

Магниторезисторы применяются в измерительной технике, в частности для измерения магнитной индукции, в ка­честве бесконтактных датчиков переме­щений, в бесконтактных выключателях и переключателях и во многих других устройствах электронной техники и электротехники.

11.5. МАГНИТОДИОДЫ

Магнитодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, у которых вольт-амперная характеристика изме­няется под действием магнитного поля. У обычных полупроводниковых диодов тонкая база и магнитное поле незначи­тельно изменяет вольт-амперную ха­рактеристику. А магнитодиоды имеют толстую («длинную») базу, в которой длина пути тока много больше диффу­зионной длины инжектированных в базу носителей. Обычно толщина базы состав­ляет несколько миллиметров. В этом случае сопротивление базы соизмеримо с прямым сопротивлением р — п-перехода. При увеличении индукции поперечного магнитного поля сопротивление базы значительно возрастает, подобно тому как это происходит в магниторезисторе. Возрастает общее сопротивление диода, и прямой ток уменьшается. Такое уменьшение тока связано еще и с тем, что при увеличении сопротивления базы происходит перераспределение напряже­ния, т. е. увеличивается падение напря­жения на базе и соответственно умень­шается напряжение на р — n-переходе, от чего дополнительно снижается ток. Такой магнитодиодный эффект наглядно по­казывают вольт-амперные характеристи­

0 2 4 6 8В Рис. 11.7. Вольт-амперные характеристики и условное графическое обозначение магниТо-диода

ки магнитодиода (рис. 11.7). Из них хорошо видно, что с повышением маг­нитной индукции прямой ток умень­шается.

Следует отметить, что для магнито-диодов характерно значительно большее прямое напряжение, чем для обычных диодов, что объясняется большим сопро­тивлением базы.

Изготовляют магнитодиоды на основе полупроводников с возможно большей подвижностью носителей. Часто магнитодиоды делают со струк­турой p — i — n, причем удлиненная об­ласть i обладает значительным сопро­тивлением и именно в ней возникает резко выраженный магниторезистивный эффект. Чувствительность к изменению магнитной индукции у магнитодио-дов выше, нежели у преобразователей Холла.

Магнитодиоды нашли широкое и раз­нообразное применение: в бесконтакт­ных кнопках и клавишах, служащих для ввода информации; в качестве датчиков положения движущихся пред­метов; для считывания магнитной запи­си информации; для измерений и контро­ля различных неэлектрических величин. На магнитодиодах могут быть построе­ны бесконтактные реле тока. Схема на магнитодиодах. может заменять кол­лектор у электродвигателя постоянного тока. Возможны магнитодиодные уси­лители постоянного и переменного тока. Входом у них является обмотка электро­магнита, магнитное поле которого управ­ляет магнитодиодом, а выходом служит цепь самого диода. Для токов до 10 А можно получить коэффициент усиления в несколько сотен.

11.6. МАГНИТОТРАНЗИСТОРЫ И МАГНИТОТИРИСТОРЫ

Магнитотранзисторы представляют собой транзисторы, у которых характе­ристики и параметры изменяются под влиянием магнитного поля. На обычные биполярные транзисторы магнитное поле влияет слабо. Для значительного по­вышения магнитной чувствительности делают биполярные магнитотранзисто­ры с двумя коллекторами (рис. 11.8). Как видно из рисунка, коллекторы и К₂ расположены симметрично отно­сительно эмиттера. При отсутствии маг­нитного поля ток коллектора делится на две равные части, которые попадают соответственно на коллекторы. Траекто­рии электронов для этого случая по­казаны сплошными линиями. На резисто­рах нагрузки при этом равные падения напряжения, и выходное напряжение U между коллекторами равно нулю, так как потенциалы коллекторов одинаковы.

Рис. 11.8. Принцип устройства и схема вклю­чения биполярного магнитотранзистора с двумя коллекторами

Если на транзистор будет действо­вать поперечное магнитное поле (вектор магнитной индукции В такого поля направлен перпендикулярно плоскости чертежа), то под влиянием силы Лоренца электроны коллекторного тока будут отклоняться. Их траектории показаны штриховыми линиями. На коллектор K_t будет попадать больше электронов, и его ток увеличится, а ток коллектора К₂ соответственно уменьшится. Падение напряжения на резисторах нагрузки и потенциалы коллекторов станут различ­

ными. Выходное напряжение между кол­лекторами увеличивается с ростом маг­нитной индукции. Магнитная чувстви­тельность такого транзистора значи­тельно выше, нежели у преобразова­телей Холла.

Разработаны различные по структуре биполярные магнитотранзисторы; в част­ности, они могут быть изготовлены по планарной технологии. Помимо би­полярного двухколлекторного магнито-транзистора существуют однопереходные магнитотранзисторы (двухбазовые дио­ды), а также полевые магнитотранзис­торы.

Дата добавления: 2015-05-06