Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Микромагнитоэлектроника: направление технологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

Необходимо учитывать и то, что паразитная ЭДС в высокочастотном магнитном поле может быть индуцирована и в МЧЭ, имеющем форму меандра, причем избежать этого не удается даже при бифилярной форме меандра. Наиболее эффективно компенсировать возникающую паразитную ЭДС, в этом случае, можно путем организации петли из токоподводящих проводов, в которой будет индуцироваться противо-ЭДС.

Для уменьшения индукционного остаточного напряжения за счет уменьшения эквивалентной площади индукционного витка на выходе вьшоды холловских электродов за пределами МЧЭ должны скручиваться между собой. Однако, даже при самой тщательной укладке вьшодов значение составляет 0,01-0,05 см, что при магнитной индукции 1 Тл и частоте 50 Гц дает значение остаточного напряжения Ujпорядка 0,25-1,25 мВ [67].

2.2.4. Ориентационная характеристика магниторезистора

Ориентационная характеристика магниторезистора определяется диаграммой направленности.

В качестве примера на рис. 2.48 показано семейство диаграмм направленности монолитного магниторезистора, изготовленного из нелегированного антимонида индия.

Следует учитьшать, что при определении модулей вектора В точность измерения в значительной мере зависит от соотношения геометрических размеров, которое определяет форму диаграммы направленности.


Рис. 2.48. Диаграмма направленности монолитного магниторезистора

Диаграммы определены при различных значениях отношения (к) толщины МЧЭ - а - к ширине - d. Как видно из рис. 2.48, при отношении к = d/a = 1 диаграмма вьфождается в круп Очевидно, в этом случае магниторезистор может быть использован только для измерения модуля В.

Из диаграммы, приведенной на рис. 2.48, следует, что использование монолитных магниторезисторов для ориентационной аппаратуры - это не лучший вариант.

Но мнению автора работы [7], принципиально можно создать такой прибор на основе монолитного магниторезистора, который измерял бы и направление вектора В или его составляющих.

Для этого магниторезистор необходимо поместить во вспомогательное магнитное поле В^, направление которого известно; тогда знак приращения DR покажет на направление вектора В (или его соответствующей составляющей В.) относительно В^. Однако реализовать конструкцию такого прибора на практике чрезвьгаайно сложно (в основном из-за необходимости создания малогабаритного источника сильного магнитного поля Bj). Что же касается метрологических характеристик, то такой прибор будет намного уступать аналогичным приборам, сконструированным на основе элементов Холла [81].

Создание высокочувствительных тонкопленочных магниторезисторов позволяет решить большинство проблем, возникающих при проектировании приборов для определения направления. В этом случае магниточувствительный элемент размещается внутри катушки смещения (микроэлекгромагнита), формирующей вспомогательное магнитное поле. В главе 6 будут рассмотрены некоторые варианты подобных изделий.



2.2.5. Применение магниторезисторов

Магшггорезисторы применяются в качестве чувствительных элементов в функционально-ориентированных магнитных датчиках: скорости и направления вращения, угла поворота и положения, линейного перемещения, расхода жидкости и газа, электрического тока и напряжения и т.п.

Их используют в бесконтактной клавиатуре ПЭВМ, бесконтактных переменных резисторах, вентильных электродвигателях, электронных модуляторах и преобразователях, измерителях магнитного поля, металлоискателях, электронных навигаторах, в бытовой электронной аппаратуре, системах автоматического управления, устройствах считывания информации ЭВМ, определителях подлинности банкнот, электронных и электрифицированных игрушках и др.

Современная групповая технология ИС позволяет вьшускать интегральные преобразователи магнитного поля на основе тонкопленочных магниторезисторов, которые могут формироваться как в линейные, так и в матричные магниточувствительные структуры с различным способом их организации.

Основное назначение таких приборов - это использование их в системах визуализации магнитного поля и устройствах считьшания информации с магнитных носителей (лент, карт и т.п.).

Подробнее о способах организации многоканальных и многоэлементных магниточувствительных структур и, о возможных областях их применения см. в главах 4 и 6.

Особенности применения магниторезисторов

При использовании магниторезисторов необходимо учитьтать их преимущества и недостатки.

Например, монолитные магниторезисторы целесообразно использовать для регистрации сильных магнитных полей (100-1 ООО мТл). При этом следует учитьтать максимальное значение индукции управляющего магнитного поля (В^), при котором гарантируется заданная линейность преобразования, так как с ростом индукции управляющего поля, как правило, растет входное сопротивление магниточувствительного элемента. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы при высоких индукциях (1 Тл и более) значение тока управления бьшо выбрано таким, при котором температура элемента не будет превьппать допустимую.

При использовании магниторезисторов необходимо учитывать его так называемую нагрузочную способность.

Этот параметр определяется тем предельным значением температуры перегрева прибора, который допускается и не вьтодит прибор из строя. Для большинства магниторезисторов значение этой температуры не превьппает 150 °С. Обьгано в паспорте на прибор указьтается рабочий диапазон, в котором возможна его эксплуатация.

Нагрузочная способность магниторезистора указывается в документации на прибор в виде одного из следующих параметров:

значения мощности, которую может рассеять магниторезистор Р^;

значения предельно допустимого тока 1;

значения теплового сопротивления..

Рабочее напряжение для магниторезистора (UJ рассчитьтается по формуле:

где X - теплопровое сопротивление конструкции магниторезистора;

макс Тд максимально допустимая температура прибора и температура окружающей среды; R(T) - сопротивление МЧЭ при максимальной температуре.

Из вьфажения (2.12) для каждого значения температуры окружающей среды можно определить допустимую нагрузку для конкретного типа магниторезистора, параметр 1 обычно определяется экспериментально изготовителем прибора в среде неподвижного воздуха. Значение 1 указьтается в технической документации на магниторезистор.

Максимальную мощность Р^можно значительно повысить (в 1,5-2 раза), при использовании элементарного теплоотвода, если, например, магниторезистор с обеих сторон привести в плотное соприкосновение с металлическими полюсами магнитопровода.

Тонкопленочные магниторезисторы больше подходят для регистрации слабых магнитных полей (до 10-30 мТл), иногда близких к пороговым значениям. При этом следует помнить, что порог чувствительности определяется минимальным уровнем магнитного излучения, регистрируемым преобразователем магнитного поля при отношении сигнал/шум, равном единице. Порог чувствительности характеризуется многими параметрами МЧЭ: величиной остаточного напряжения, уровнем собственных шумов, величиной тока управления и т.д. Значение остаточного напряжения, зависит от направления и значения тока управления, от температуры элемента.



250 200

и =5В

В,мТл

Рис. 2.49. Выходные характеристики различных ПМП:1 - тонкопленочный магниторезистор; 2 - монолитный магниторезистор; 3 - элемент Холла на основе InSb; 4 - -элемент Холла на основе GaAs

О

Из рис. 2.49 видно, что при магнитной индукции порядка 5 мТл, соответствуюш;ей линейным участкам всех приведенных характеристик, чувствительность тонкопленочных магниторезисторов, в 5 раз выше чувствительности других магниточувствительных приборов.

Схемы включения магниторезисторов

Схему включения магниторезистора выбирают исходя из конкретных условий применения и, как правило, индивидуально для каждого типа приборов. Схемы подключения магниторезисторов ( монолитных и тонкопленочных) к источнику питания и нагрузке приведены на рис. 2.50.а,б,в,п

в

вых

о

в

В

вых

о

в

в

R,i=R и R1 =R2 В)

Рж. 2.50. Схемы подключения магниторезисторов к источнику питания и нагрузке: а - одиночный с R б - дифференциальный (полумост); в - -дифференциальный в мостовую схему; г - магниторезисторный

Для компенсации термической нестабильности одиночного магниторезистора можно использовать специально подобранный (по ТКС) терморезистор, который включается вместо резистора нагрузки (рис. 2.50.а).

Наилучшие результаты дает использование дифференциальных магниторезисторов (рис. 2.50б,в) и магниторезисторных мостов (рис. 2.50г).

Для усиления и первичной обработки сигнала, снимаемого с магниторезистора, могут использоваться различные электронные схемы, вьшолненные на транзисторах (рис. 2.51) или на интегральных микросхемах (рис. 2.52 и 2.53).

Температурное изменение чувствительности (выходного сигнала) магниторезисторов на основе ФМП при питании от источника постоянного тока составляет около -0,04% на градус Цельсия, что в 5-10 раз меньше, чем у монолитных магниторезисторов [30, 8].

Кроме того, при использовании в ограниченном динамическом диапазоне (до 10 мТл) тонкопленочные магниторезисторы вьподно отличаются от других преобразователей магнитного поля.

На рис. 2.49 приведены выходные характеристики различных преобразователей магнитного поля при одинаковом напряжении питания, равном 5 В [8].



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122