Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Машинорезисторы: электронные компоненты 

[ 1 ] 2

Машинорезисторы электронные компоненты, действие которых основано на явлении изменения электрического сопротивления полупроводника (или металла) при воздействии на него магнитного поля. Эти компоненты ранее выпускали только зарубежные фирмы, такие как Matsusliita, Hitachi, Panasonic (Япония), Robert Bosch, Siemens (Германия), RTC (Франция), Samsung (Южная Корея) я др., а сейчас к ним присоединились и предприятия России.

Магннторезисторы находят широкое применение в качестве чувствительных элементов магнитных датчиков электрического тока и напряжения, скорости и направления вращения, упи поворота и положения, линейного перемещения, расхода жидкости и газа и т.п< Их используют в бесконтактной клавиатуре и устройствах считывания информации ЭВМ, бесконтактных переменных резисторах, вентиль-

Поаложкп

Элемент Вывод

а) S)


Рис. 1

ных электродвигателях, электронных модуляторах и преобразаАателях, измерителях магнитного поля, металлоискателях, элеюронных навигаторах, в бытовой электронной аппаратуре, системах автоматического управления, определителях подлинности банкнот, элеюронных и электрифицированных игрушках и др.

Основные преимущества магнигорезис-торов по сравнению с другими преобразователями физических величин - это простота обеспечения практически идеа.чьных механической, электрической, тепловой и других видов развязки измерительных и управляющих цепей от объектов контроля. Кроме того, магниторезисторам свойственны высокие быстродействие, ч>в-ствитсльность и надежность, малые энергапотребление и габариты, а также небольшая стоимость.

В настоящее время отечественные и зарубежные производители вьтускают много TimoB магниторезисгоров, отлича-юшмхся конструкцией и технологией из-ютовлсния магаиточувствительного ,эде-мента и магнитной цепи. Особенно широка гамма зарубежных магниторезисгоров.

Явление изменения электрического со-нротивления полупроводниковош материала при воздействии на него машитно-го поля обнаружено известным английским физиком Iomcohom еще в 1858 году. В дальнейшем оно получило наименование эффекта Гаусса, но практически применять его начали только во второй по.аовине текущего столетия

MexaimsM изменения сопротивления очень сложен, так как является результатом одновременного действия большого числа гоставляющкч, к тому же он различен для разных типов приборов, разной технолоти и разных материатов, Даже краткое описание принципа действия .магниторезистора няло бы слишком много места, поэтому огран^гимся указа-цием соответствуюшсй литературы [1-3].

В общем BKJie мапшторезистор представляет собой подложку с размещенным на ней магниточувсгвительным элементом (рис.1,а). Подложка обеспечивает механическую протаость прибора. Элемент приклеен к подложке изоляционным лаком зашишен снаружи слоем лака. Д;м увеличения сопртивления маг-киторезнстора элемент вьтолнякя в <J p-ме fMeaHDpa* изис.1,б,в). На рис.1,г схематически показано устройство матниторезисл-ивЬол! моста. Элементы, изображенные парис.1,в-е, предназначены для работы в устройствах с круговым перемсшснием источника магнигной ин-пуидаи.

Наиболее широкое расгфостранение сейчас получилк две структурные разновидности мапшторсзисторов - монолитные и птеночные.

Монолитные изготавливают из полупроводниковых материалов, обладающих высокой подвижностью носителей заря-


\ -075 -0.5 -0.25 О 0.25 0.5 В. Тл а)


<0 ЬО 90 211 1р,град

да. К таким материалам откс ят антимо-нид индия (InSb) и его соединения, арсе-нчд индия (InAs) и некоторые другие. ТехнолсЛмя изготовления магниторезис-торов также сложна и требует использования высокоточного современного оборудования. Для монолитных приборов она в общем случае предсгавляет собой рад операций по механической и химикомехани-ческой обработке - шлифование, полирование, травление, химическое полирование и тл. - с целью получения из исходной заготовки толщиной 5СЮ...650 мкм изделия толщиной 10 мкм.

Для формирования рисунка магнито-чувствительного элемента широкое распространение получил метод алекгроэро-зионной резки, а в более современных процессах - метод фотолитографии. Внешние выводы к элемешу присоединяют ми1фопайкой.

Сопротивление прибора зависит как от значения, магнитной индукции воздей-сшующего поля (рис.2,а), так и от утла ф между вектором индукции и гиюскостью элемента (рис.2,6). Монолитные магнито-резисгоры увеличивают свое электрическое сопротивление при воздействии мапшт-hoix5 поля.



Основные параметры некоторых типов отечественных магниторезисторов с моно-лишымэлеменгомсведенывтабл. 1, анарнс. 3 показаны их конструкции. Приборы изготовлены из эвтектического сплава InSb-NiSb (антимоннц ицдия-анпшонод никеля) с легирующими добавками и приклеены к подложке из слюды, перменоюра или пермаллоя. Ферромагнишая подложка служит концен-


СМ4-1

Рис. 3

Таблица 1

Магнито-

Начальное

Магниторе-

Максималь-

Температурный

Пределы

резистор

сопротивле-

зистив-

коэффициент

рабочей

ние. Ом

ное отноше-

допустимая

сопротивления.

температу-

мощность

ры. °С

отн.ед., не

рассеяния.

менее /при

мВт. без

магнитной

теплоотвода

индукции/, Тл

MR-1

3.5/0,5

-1,8

-в0...+52

MR-2

3,5/0.5

-1.8

-в0...+52

MR-3

3.5/0.5

-1,8

-60...+52

СМ1-1

22;33;68

-60...+70

100: 150

-60...+70

10/1

-60...+70

СМ4:1

47; 68

3.3/0.5

-0.61

-60...+85

1 Примечания: 1. Начальное сопротивление магниторезисторов СМ4-1 измерено при темпе-ретуре окружающей среды 22°С, а остальных - при 25°С. 2. Допустимое отклонение начального сопротивления от номинального значения - не более ±20%. 3. Температурный коэффициент сопротивления измерен при магнитной икцукции. равной нулю.

10 9

8 7 6 5

5 2 1

О

= п

9 Ъ

Л

W 20 30 40 50 60


0,1 0,2 аз 0,4 0.5 0.60.7 0,8 8, Тл

Ко 8 6

г

°Б) 0,1 0,2 аза4 0,5 0,6 0.7 0,8 В, Тл Рис. 5

тратором мапопного поля. Высокое значение магнитной проницаемости н иццукции

СМ1-1

*20 С

насыщения материала подложки обешечи-вает малый эффективный зазор магнишой системы, в которой будет работать мапогго-резистор.

Магниторезистивные элементы формы меаццр толщиной 60...100 мкм и шириной дорожки до 100 мкм приклеены к проводящей подложке. Выводы - гибкие, проволочные, припаяны к контактным площадкам элемента. Весь пакет покрыт заищшым слоем лака. Максимальная толщина магниторе-зистора с учетом пайки и защитного слоя не превышает 0,8 мм.

Сопротивление и чуветвигельность магниторезисторов зависятоттемпературы. Нарис. 4 представлены зависимости параметров магниторезисторов на основе InSb-NiSb от температуры окружающей среды и магнишой иццукции.

Резисторы серии MR имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). При повьш1ении температуры до +52°С начальное сопротивление магниго-чувствигельного элемента уменынаегся не более чем на 15% от номинального значения при температуре 25±2,5°С, а в магнитом поле с инпукцией 0,5 Тл - не более чем на 20% значения сопротивления Rj при 25 ±2,5°С. При понижении температуры до -60°С увеличение начального сопротивления не превышает 15% номинального значения, а сопротивления Rg в поле индукцией 0,5 Тл-на 25% его значения при 25±2,5 С [4].

Зависимости сопротивления СМ1-1 имаг-ниторезистивного отношения от индукции внешнего магнитного поля при различной температуре окружающей среды показаны на рис. 5. Темперачфный коэффициент магниторезисторов СМ1-1 при температуре 25°С в отсутствие управляющего поля - не менее -2%/°С, а в магнитном поле с индукцией 1 Тл - не менее -3%/С. При увеличении индукции от О до 1 Тл сопротивление магни-торезисторапринормальнойтсмпературе изменяется в 6...12 раз.

499999995




-80 -40 О 0 Тор.срЛ-

Ом 320

2tf0

CM 68

U-1 Ом

р=240С

38 Of-

60°с/

78 °С

7 С

о 0,2 ОЛ 0,6 в, Тл

Максималшое напряжение между выводами магниторезистора и подложкой не должно превышать 100 В. Максима)п>ная мощность рассеяния магниторезисторов СМ1-1 зависит ст способа отведения тепла и для приклеенныхк медномутеплоотъоду равна от 0,125 до 0,5 Вт в зависимости от типоникшнала.

На основе магниточувсгагаельных элементов из сплава InSb-NiSb разработаны магни-торезисторы СМЗ-1 и СМЗ-2, предназначенные для использования в датчиках угловых и линейных перемещений. Эш магниторезис-торы представляют собой сборки из четырех элементов на одной подложке, включенных по схеме моста [5].

В исходномположении мост уравновешен, и при хюдаче литания на мостналряжение на его выходе отсутствует. Если хюместить маг-нигорезистор в магнитное поле, симметричное относительно плеч моста, баланс моста не нарушается. При повороте или смещении магнитной системы относительно оси симметрии баланс моста нарушается и появляется выходное напряжение, пропорвдональное


О 0,1 0,2 0,5 0,4 0,5 0,6 Б, Тл


4 и, В

Рис. 7

угловому или линейному смещению магнитной системы.

Магнигорезисторы СМЗ-1 могут быть использованы в датчиках угла поворота с пределами измерения ±25 градусов с погреш-НОСП.Ю ±1,5%. Магнигорезисторы СМЗ-2 при использовании в датчиках угла хговорота

Определение основных параметров и режимов

R- начальное сопротивление

магниторезистора при отсутствии магнитного поля. Начальное сопротивление обычно нормируют для нормальной температуры окружающей среды - 20±5°С. Rg- сопротивление магниторезистора при воздействии магнитного поля, нормируемое обычно для нормальной температуры окружающей среды - 20±5°С. Rg/R- магниторезистивное отношение, представляющее собой отношение сопротивления магниторезистора при определенном значении магнитной индукции к его начальному I сопротивлению. Магниторезис-

тивное отношение выражают в относительных единицах и обычно нормируют при определенном значении магнитного потока, у- относительная магнитная

чувствительность, определяемая как относительное изменение сопротивления магниторезистора, вызванное магнитным полем определенной индукции, и выражаемая в процентах: T = (R,-R ) 100/R , %. Р„- максимальная электрическая мощность, рассеиваемая магниторезистором, при которой отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной работе. Этот параметр характеризует нагрузочную способность магниторезистора, зависящую как от его конструкции, так и от условий теплоотдачи, f- предельная рабочая частота - частота синусоидально модулированного магнитного потока, при котором магнитная чувствительность магниторезистора падает до значения 0,707 от чувствительности при немодулированном потоке.

обеспечивают пределы измерения ±135 градусов с такой же погрешностью, а в датчиках линейного перемещения - пределы перемещения ±2,5 мм [5].

Наиболее распространеннаяиз отечественных серий магниторезисторов - СМ4-1. На рис. 6, а-г изображены основные их характеристики, изкоторых следует, что зависимость сопротивления магниторезистора от магнитной индукции в пределах от О до 0,3 Тл квадратична, а при индукции более 0,3 Тл - линейна. На рис. 7 показаны вольт-амперные характеристики магниторезисторов СМ4-1.



[ 1 ] 2