ما هي الثنائيات المغناطيسية وأين يتم استخدامها

الثنائي المغناطيسي هو نوع من الصمام الثنائي شبه الموصّل ، يمكن أن تتغير خاصية الجهد الحالي تحت تأثير المجال المغناطيسي.

طبيعي الصمام الثنائي أشباه الموصلات له قاعدة رقيقة بحيث يغير المجال المغناطيسي قليلاً خصائصه الحالية للجهد. بينما تتميز الثنائيات المغناطيسية بقاعدة سميكة (طويلة) ، حيث يتجاوز طول المسار للتيار بشكل كبير الطول المتبدد للحوامل المحقونة في القاعدة.

سمك القاعدة التقليدي هو بضعة ملليمترات فقط ، ومقاومتها مماثلة للمقاومة المباشرة السندات الإذنية تقاطع... مع زيادة تحريض المجال المغناطيسي الموجه من خلاله ، تزداد مقاومة القاعدة بشكل كبير ، على غرار مقاومة المقاومة المغناطيسية.

في هذه الحالة ، تزداد أيضًا المقاومة الكلية للديود ، وينخفض ​​التيار الأمامي.ترجع ظاهرة الاختزال الحالية هذه أيضًا إلى حقيقة أنه عندما تصبح المقاومة الأساسية أكبر ، يتم إعادة توزيع الجهد ، ويزداد انخفاض الجهد عبر القاعدة ، وينخفض ​​الجهد عبر تقاطع pn وينخفض ​​التيار وفقًا لذلك.

يمكن التحقق من تأثير الصمام الثنائي المغنطيسي كميًا من خلال النظر في خاصية الجهد الحالي للديود المغناطيسي ، والتي تظهر في الشكل. من الواضح هنا أنه مع زيادة الحث المغناطيسي ، يتناقص التيار الأمامي.

الحقيقة هي أن الصمام الثنائي المغناطيسي يختلف عن ثنائيات أشباه الموصلات العادية من حيث أنه مصنوع من أشباه موصلات ذات مقاومة عالية ، وموصليةها قريبة من نفسها ، وطول القاعدة d أكبر بعدة مرات من طول الانحراف لـ الناقل المنتشر L بينما في الثنائيات العادية يكون d أقل من L.

لاحظ أن الثنائيات المغناطيسية تتميز بانخفاض جهد أمامي أكبر ، على عكس الثنائيات الكلاسيكية ، والذي يرجع تحديدًا إلى زيادة مقاومة القاعدة. وبعبارة أخرى ، فإن الثنائي المغناطيسي هو جهاز أشباه الموصلات مع تقاطع pn واتصالات غير مصححة توجد بينها منطقة أشباه موصلات عالية المقاومة.

تصنع الثنائيات المغناطيسية من أشباه الموصلات ليس فقط ذات المقاومة العالية ، ولكن أيضًا بأكبر قدر ممكن من التنقل لحاملات الشحن. غالبًا ما يكون هيكل الثنائي المغناطيسي p-i-n ، في حين أن المنطقة i ممدودة ولها مقاومة كبيرة ، فإنه يتم ملاحظة تأثير مقاومة مغناطيسي واضح. في هذه الحالة ، تكون حساسية الثنائيات المغناطيسية للتغيرات في الحث المغناطيسي أعلى من حساسية مستشعرات القاعة المصنوعة من نفس المادة.

على سبيل المثال ، بالنسبة للثودات المغناطيسية KD301V عند B = 0 و I = 3 مللي أمبير ، فإن انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي هو 10 فولت ، وعند B = 0.4 T و I = 3 مللي أمبير - حوالي 32 فولت في الاتجاه الأمامي عند مستويات الحقن العالية ، يتم تحديد توصيل الصمام الثنائي المغناطيسي التي يتم حقنها في القاعدة.

لا يحدث انخفاض الجهد بشكل أساسي عند تقاطع pn ، كما هو الحال في الصمام الثنائي التقليدي ، ولكن عند قاعدة ذات مقاومة عالية. إذا تم وضع الصمام الثنائي المغناطيسي الحامل للتيار في مجال مغناطيسي عرضي B ، فستزداد مقاومة القاعدة. سيؤدي هذا إلى انخفاض التيار عبر الصمام الثنائي المغناطيسي.

في الثنائيات "الطويلة" (d / L> 1 ، حيث d هي طول القاعدة ، L هو الطول الفعال لانحياز الانتشار) ، يتم تحديد توزيع الناقل وبالتالي مقاومة الصمام الثنائي (القاعدة) بدقة بواسطة الطول L.

يؤدي الانخفاض في L إلى انخفاض في تركيز ناقلات غير متوازنة في القاعدة ، أي زيادة مقاومتها. هذا ، كما هو مذكور أعلاه ، يؤدي إلى زيادة انخفاض الجهد الأساسي وتقلص الوصلة pn (عند U = const). يؤدي انخفاض انخفاض الجهد عبر تقاطع p-n إلى انخفاض تيار الحقن وبالتالي زيادة المقاومة الأساسية.

يمكن تغيير الطول L عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي على الصمام الثنائي. يؤدي مثل هذا التأثير عمليًا إلى التواء الحاملات المتحركة وتقل حركتها ، وبالتالي تنخفض L أيضًا كما هي.في نفس الوقت ، يتم استطالة الخطوط الحالية ، أي زيادة السماكة الفعالة للقاعدة. هذا هو تأثير الصمام الثنائي المغناطيسي الأكبر.

تستخدم الثنائيات المغناطيسية على نطاق واسع ومتنوع: الأزرار والمفاتيح غير المتصلة ، وأجهزة الاستشعار لموضع الأجسام المتحركة ، والقراءة المغناطيسية للمعلومات ، والتحكم في الكميات غير الكهربائية وقياسها ، ومحولات المجال المغناطيسي ومحولات الزاوية.

تم العثور على الثنائيات المغناطيسية في مرحلات لا تلامسية ، تحل الثنائيات المغناطيسية في الدوائر محل مجمعات محركات التيار المستمر. توجد مكبرات صوت ثنائية مغناطيسية AC و DC حيث يكون الإدخال عبارة عن ملف كهرومغناطيسي يقود الصمام الثنائي المغناطيسي والمخرج هو دائرة الصمام الثنائي نفسها. في التيارات حتى 10 أ ، يمكن الحصول على مكاسب من 100.

تنتج الصناعة المحلية عدة أنواع من الثنائيات المغناطيسية. تتراوح حساسيتها من 10-9 إلى 10-2 أ / م. هناك أيضًا ثنائيات مغناطيسية قادرة على تحديد ليس فقط قوة المجال المغناطيسي ، ولكن أيضًا اتجاهه.

مما سبق يتضح أن استخدام الثنائيات المغناطيسية يتطلب مصدر مجال مغناطيسي ثابت أو متغير. يمكن استخدام المغناطيس الدائم أو المغناطيسات الكهربائية كمصدر. يجب تثبيت الثنائيات المغناطيسية بحيث تكون خطوط المجال المغناطيسي متعامدة على الأسطح الجانبية لهيكل أشباه الموصلات.

يُسمح بتشغيل الثنائيات المغناطيسية عندما تكون متصلة في سلسلة. إذا كان من الضروري تشغيل الثنائيات المغناطيسية في ظروف الرطوبة النسبية للبيئة حتى 98٪ ودرجة حرارة 40 درجة مئوية ، فمن المستحسن إحكام غلق إضافي باستخدام مركبات تعتمد على راتنجات الايبوكسي.