Điốt từ là gì và chúng được sử dụng ở đâu

Điốt từ là một loại điốt bán dẫn, đặc tính điện áp dòng điện của nó có thể thay đổi dưới tác động của từ trường.

Bình thường điốt bán dẫn có đế mỏng để từ trường thay đổi một chút đặc tính dòng điện-điện áp. Trong khi các điốt từ được phân biệt bằng một đế dày (dài), trong đó độ dài đường dẫn của dòng điện vượt quá đáng kể độ dài tiêu tán của các sóng mang được đưa vào đế.

Độ dày truyền thống của đế chỉ vài mm và điện trở của nó tương đương với điện trở trực tiếp ngã ba p-n… Khi cảm ứng của từ trường hướng qua nó tăng lên, điện trở của đế tăng lên đáng kể, tương tự như điện trở của từ điện trở.

Trong trường hợp này, tổng điện trở của diode cũng tăng lên và dòng điện chuyển tiếp giảm xuống.Hiện tượng giảm dòng điện này cũng là do khi điện trở cơ sở trở nên lớn hơn, điện áp được phân phối lại, điện áp rơi trên đế tăng lên và điện áp rơi qua tiếp giáp p-n giảm và dòng điện giảm theo.

Hiệu ứng của điốt từ có thể được nghiên cứu một cách định lượng bằng cách xem xét đặc tính dòng điện-điện áp của điốt từ, được thể hiện trong hình. Ở đây rõ ràng là khi cảm ứng từ tăng, dòng điện thuận giảm.

Thực tế là điốt từ khác với điốt bán dẫn thông thường ở chỗ nó được làm bằng chất bán dẫn có điện trở cao, độ dẫn điện gần bằng chính nó và chiều dài của đế d lớn hơn vài lần so với độ dài lệch của sóng mang khuếch tán L . Trong khi ở điốt thông thường d nhỏ hơn L.

Lưu ý rằng điốt từ được đặc trưng bởi sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp lớn hơn, không giống như điốt cổ điển, điều này chính xác là do điện trở của đế tăng lên. Nói cách khác, điốt từ là một thiết bị bán dẫn có tiếp giáp pn và các tiếp điểm không chỉnh lưu giữa các tiếp điểm này có một vùng bán dẫn điện trở cao.

Điốt từ được làm bằng chất bán dẫn không chỉ có điện trở cao mà còn có khả năng di động lớn nhất có thể của các hạt mang điện. Thông thường, cấu trúc của điốt từ p-i-n, trong khi vùng i kéo dài và có điện trở đáng kể, chính điều này đã quan sát thấy hiệu ứng từ điện trở rõ rệt. Trong trường hợp này, độ nhạy của điốt từ đối với những thay đổi trong cảm ứng từ cao hơn so với cảm biến Hall được làm bằng cùng một vật liệu.

Ví dụ: đối với điốt từ KD301V ở B = 0 và I = 3 mA, điện áp rơi trên điốt là 10 V và ở B = 0,4 T và I = 3 mA — khoảng 32 V. Theo hướng thuận ở mức tiêm cao , sự dẫn điện của nam châm được xác định bởi các chất mang không cân bằng được bơm vào đế.

Sự sụt giảm điện áp chủ yếu không xảy ra ở tiếp giáp p-n, như trong một diode thông thường, mà ở một đế có điện trở cao. Nếu điốt từ mang dòng điện được đặt trong từ trường ngang B, thì điện trở cơ sở sẽ tăng lên. Điều này sẽ làm cho dòng điện qua diode từ giảm xuống.

Trong các điốt «dài» (d / L> 1, trong đó d là chiều dài của đế, L là độ dài hiệu dụng của độ lệch khuếch tán), phân bố sóng mang và do đó điện trở của điốt (đế) được xác định chính xác bởi chiều dài L

Việc giảm L gây ra sự giảm nồng độ của chất mang không cân bằng trong bazơ, nghĩa là làm tăng điện trở của nó. Điều này, như đã lưu ý ở trên, làm cho điện áp rơi cơ sở tăng lên và tiếp giáp p-n giảm (tại U = const).Việc giảm điện áp rơi qua tiếp giáp p-n làm cho dòng điện tiêm giảm và do đó điện trở cơ sở tiếp tục tăng.

Chiều dài L có thể được thay đổi bằng cách đặt một từ trường vào diode. Hiệu ứng như vậy trên thực tế dẫn đến sự xoắn của các hạt tải điện đang chuyển động và độ linh động của chúng giảm đi, do đó, L cũng giảm theo. Đồng thời, các dòng điện được kéo dài ra, nghĩa là độ dày hiệu dụng của đế tăng lên. Đây là hiệu ứng diode từ số lượng lớn.

Điốt từ được sử dụng rộng rãi và đa dạng: các nút và phím không tiếp xúc, cảm biến cho vị trí của vật thể chuyển động, đọc thông tin từ tính, điều khiển và đo lường các đại lượng phi điện, đầu dò từ trường và đầu dò góc.

Điốt từ được tìm thấy trong rơle không tiếp xúc, điốt từ trong mạch thay thế bộ thu của động cơ DC. Có các bộ khuếch đại đi-ốt từ AC và DC trong đó đầu vào là một cuộn dây điện từ điều khiển đi-ốt từ và đầu ra là chính mạch đi-ốt. Ở dòng điện lên đến 10 A, có thể đạt được mức tăng 100.

Ngành công nghiệp trong nước sản xuất một số loại điốt từ. Độ nhạy của chúng thay đổi từ 10-9 đến 10-2 A / m. Ngoài ra còn có các điốt từ có khả năng xác định không chỉ cường độ của từ trường mà còn cả hướng của nó.

Từ những điều trên, rõ ràng là việc sử dụng điốt từ đòi hỏi một nguồn từ trường không đổi hoặc biến thiên. Nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện có thể được sử dụng làm nguồn như vậy. Các điốt từ phải được lắp đặt sao cho các đường sức từ vuông góc với các mặt bên của cấu trúc bán dẫn.

Hoạt động của điốt từ được cho phép khi chúng được kết nối nối tiếp. Nếu cần phải vận hành điốt từ trong điều kiện môi trường có độ ẩm tương đối lên đến 98% và ở nhiệt độ 40 ° C, thì nên sử dụng thêm lớp đệm kín bằng cách sử dụng các hợp chất dựa trên nhựa epoxy.