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

Если напряжения на обеих гранях базы равны (режим работы на токовой моде ), то выражение реакции устройства на магнитное поле можно записать следующей формулой:

где 1-сумма токов базы;

Afj - сумма разностей токов, проходящих по соответствующим контактам базы; \х. - холловская подвижность электронов; \х, -холловская подвижность дырок;

и -расстояние, которое проходят носители заряда;

-коэффициент, зависящий от величины домена и равный 10-100. Магнитная чувствительность (8 ) ПМП на доменоносителях, определяемая, как

S = л J, xlOO%/AJ, X В

для структуры, приведенной на рис. 2.105, составляет порядка 30%/Тл.

На рис. 2.106 показан вариант структуры, вращающегося ПМП на доменоносителях [37].

(2.23)

(2.24)


п-р-п база / п-р-п коллектор

р-п-р -эмиттер р-п-р база / п-р-п коллектор f п-р-п -эмиттер

-п-р -вспомогательный коллектор

Рис. 2.106. Структура вращающегося ПМП на доменоносителях

Выходной сигнал структуры, приведенной нарис. 2.106, является не разностью токов, а потоком токовых импульсов с частотой, пропорциональной магнитному полю. Образование домена происходит так же, как и в структуре на рис. 2.105.

Если магнитное поле приложено перпендикулярно поверхности кристалла, то домен начинает вращаться, и вращение происходит непрерывно..

Токовые импульсы поглощаются дополнительными коллекторами каждый раз, когда домен проходит около них. При этом частота реакции устройства на магнитное поле выражается формулой:

(2.24)

где - f - частота вращения домена;

d - радиальное пространство между п-р-п- областью эмиттера и р-п-р -областью базы;

- подвижность дырок; t - время подзарядки слоя базы р-п-р транзистора; R - радиус внепшей грани п-р-п эмиттера.

Магнитная чувствительность такого устройства выражается, значением \/ г- и составляет величину от 100 до 200 кГц/ Тл [37].

Работу такого устройства затрудняет наличие порогового уровня плотности магнитного потока, ниже которого, вращения домена не происходит. Наличие такого порогового барьера относят за счет пространственного изменения коэффициента передачи по току в схеме с общей базой горизонтального р-п-р транзистора.

Чувствительность магнитотранзисторов и некоторых устройств на доменоносителях выражается, значением

Чувствительность других устройств на доменоноситеяях определяется как изменение !В, тогда как, чувствительность магнитодиодов выражается как изменение напряжения (тока) смещения при воздействии магнитного поля.

Преобразователи магнитного поля на доменоносителях пока являются экзотическими приборами и не нашли широкого применения в конкретной аппаратуре.

Подробнее о работе ПМП на доменоносителях можно прочитать в специальной литературе [12, 37, 98].



В

т


-о Общий


Рис. 2.107. Магниточувствительный Z-элемент: а - структура; б - схема включения; в, г- выходные

характеристики

Магниточувствительный Z-элемент работает в двух режимах:

- при индукции управляющего магнитного поля В < 30-50 мТл элемент работает в аналоговом режиме, то есть выходное напряжение пропорционально индукции (рис. 2.107.в);

- при индукции управляющего магнитного поля В > 30-50 мТл элемент генерирует последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна индукции (рис. 2.107.г). Амплитуда выходных импульсов достигает 30-40%, то есть нескольких вольт.

Основные параметры магниточувствительных Z-элемеитов:

Напряжение питания........................................................5-30 В;

Ток управления...............................................................1-3 мА;

Магнитная чувствительность в аналоговом режиме..........500-600 В/Тл;

Магнитная чувствительность в частотном режиме..........50-100 кГц/Тл;

Динамический диапазон................................................0,01-1,0 Тл;

Габариты полупроводниковой структуры..........................5x2x0,3 мм.

Магниточувствительные Z-элементы пока не производятся серийно, а потому широкого распространения не получили. (Подробнее см. [31].)

2.9. Магниточувствительные Z-элементы

Магниточувствительные Z-элементы с частотно-импульсным выходом представляюет собой полупроводниковую р-п структуру. Структура чувствительна к постоянному и переменному магнитному полю, направленному перпендикулярно направлению управляющего тока (рис. 2.107.а).



Обмотка


\про


Постоянный магнит

ХПроволока

Рис. 2.108. Конструкция датчика Виганда: а-с обмоткой, б-с обмоткой и постоянным магнитом

Оболочка


Сердцевина

Рис. 2.109. Структура проволоки Виганда

Проволока Виганда (рис. 2.109) представляет собой ферромагнитное тело, состоящее из магнитомягкой сердцевины и магнитотвердой внешней оболочки, окружающей сердцевину. Получение такой структуры достигается за счет использования специальной технологии изготовления. Диаметр проволоки составляет порядка 0,2...0,3 мм. Длина от 5 до 40 мм.

Обмотка датчика, обычно, составляет порядка 1000...2000 витков медного провода диаметром 0,05...0,1 мм.

Модульное исполнение датчика, состоящего из проволоки, обмотки и постоянного магнита, позволяет разрабатьтать большое число вариантов датчиков перемещения. Область их применения простираются от задач измерения и контроля до систем управления доступом, в которых они служат носителями информации в идентификационных картах.

Пиже приводятся некоторые примеры, которые дают представления о широкой области применения датчика. Рис. 2.110.а поясняет принципиальную схему восприятия вращательного движения. Проволока с обмоткой вокруг неё фиксируется, тогда как магнит насьпцения и магнит гашения располагаются на вращающемся барабане, изготовленном из алюминия.

Для датчика длиной 40 мм, установленном в промежутке между проволокой и вращаюпщмся барабаном от 1 до 2 мм, используются два стержневых магнита с индукцией 80 и 30 мТл, соответственно, для генерации сигнала с амплитудой около 2 вольт при достаточной временной стабильности. Па рис. 2.110.6 приведен вид выходного сигнала датчика.

2.10. Датчики Виганда

Принцип действия датчика основан на т.н. эффекте Виганда.

Этот эффект проявляется в том, что если ферромагнитную проволоку, имеющую специальный химический состав и физическую структуру, внести в магнитное поле, то произойдет спонтанное изменение её магнитной поляризации, как только напряженность поля превысит определенное пороговое значение. Этот порог называется - порогом зажигания. Изменение состояния проволоки можно регистрировать при помощи обмотки, намотанной вокруг проволоки или размещенной рядом с ней.

Датчик Виганда представляет собой двухполюсник, реагирующий на магнитные поля и вьфабатывающий сигналы в диапазоне нескольких вольт при условии, что напряженность управляющего магнитного поля превьппает величину напряженности поля зажигания.

Датчики Виганда не требуют какого-либо источника питания, их выходной сигнал практически не зависит от частоты изменения поля, и их можно использовать в широком диапазоне рабочих температур (от -196 до + 175°).

Конструкция простейшего датчика Виганда приведена на рис. 2.108. Датчик состоит из проволоки изготовленной из ферромагнитного сплава типа викаллой (10% ванадия, 52 %, кобальта и железа) и обмотки. Точный состав материала проволоки, как правило, является секретом фирмы.

Обмотка



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