¿Qué son los magnetodiodos y dónde se utilizan?

Un magnetodiodo es un tipo de diodo semiconductor, cuya característica corriente-voltaje puede cambiar bajo la influencia de un campo magnético.

Normal diodo semiconductor tiene una base delgada para que el campo magnético cambie ligeramente su característica corriente-voltaje. Mientras que los magnetodiodos se distinguen por una base gruesa (larga), en la que la longitud del camino de la corriente supera significativamente la longitud disipada de los portadores inyectados en la base.

El grosor tradicional de la base es de solo unos pocos milímetros, y su resistencia es comparable a la resistencia directa. Unión PN… A medida que aumenta la inducción del campo magnético dirigido a través de ella, la resistencia de la base aumenta significativamente, de forma similar a la de un magnetorresistor.

En este caso, la resistencia total del diodo también aumenta y la corriente directa disminuye.Este fenómeno de reducción de corriente también se debe al hecho de que cuando la resistencia de la base aumenta, el voltaje se redistribuye, la caída de voltaje en la base aumenta y la caída de voltaje en la unión p-n disminuye y la corriente disminuye en consecuencia.

El efecto del magnetodiodo se puede investigar cuantitativamente observando la característica corriente-voltaje del magnetodiodo, que se muestra en la figura. Aquí es evidente que a medida que aumenta la inducción magnética, la corriente directa disminuye.

El hecho es que el magnetodiodo se diferencia de los diodos semiconductores ordinarios en que está hecho de un semiconductor con una alta resistencia, cuya conductividad es cercana a la suya, y la longitud de la base d es varias veces mayor que la longitud de desviación de el portador difuso L. Mientras que en diodos ordinarios d es menor que L.

Tenga en cuenta que los diodos magnéticos se caracterizan por una mayor caída de tensión directa, a diferencia de los diodos clásicos, que se debe precisamente a la mayor resistencia de la base. En otras palabras, un magnetodiodo es un dispositivo semiconductor con una unión pn y contactos no rectificadores entre los cuales hay una región semiconductora de alta resistencia.

Los diodos magnéticos están hechos de semiconductores no solo con alta resistencia, sino también con la mayor movilidad posible de los portadores de carga. A menudo, la estructura del magnetodiodo p-i-n, mientras que la región i es alargada y tiene una resistencia significativa, es precisamente en esto donde se observa un pronunciado efecto magnetorresistivo. En este caso, la sensibilidad de los diodos magnéticos a los cambios de inducción magnética es mayor que la de los sensores Hall del mismo material.

Por ejemplo, para los magnetodiodos KD301V en B = 0 e I = 3 mA, la caída de tensión en el diodo es de 10 V, y en B = 0,4 T e I = 3 mA, aproximadamente 32 V. En dirección directa a niveles de inyección altos , la conducción del magnetodiodo se determina sin portadores de equilibrio inyectados en la base.

La caída de voltaje ocurre principalmente no en la unión p-n, como en un diodo convencional, sino en una base con alta resistencia. Si el diodo magnético portador de corriente se coloca en un campo magnético transversal B, la resistencia de la base aumentará. Esto hará que la corriente a través del diodo magnético disminuya.

En los diodos «largos» (d/L > 1, donde d es la longitud de la base, L es la longitud efectiva de la polarización de difusión), la distribución de portadores y por tanto la resistencia del diodo (base) viene determinada precisamente por la longitud L.

Una disminución de L provoca una disminución de la concentración de portadores de desequilibrio en la base, es decir, un aumento de su resistencia. Esto, como se señaló anteriormente, hace que la caída de voltaje base aumente y la unión p-n disminuya (en U = constante). La disminución en la caída de voltaje en la unión p-n hace que la corriente de inyección disminuya y, por lo tanto, la resistencia base aumente aún más.

La longitud L se puede cambiar aplicando un campo magnético al diodo. Tal efecto conduce prácticamente a una torsión de los transportadores en movimiento y su movilidad disminuye, por lo tanto, también disminuye L. Al mismo tiempo, las líneas de corriente se alargan, es decir, aumenta el espesor efectivo de la base. Este es el efecto de diodo magnético a granel.

Los diodos magnéticos se utilizan de forma amplia y diversa: botones y teclas sin contacto, sensores para la posición de cuerpos en movimiento, lectura magnética de información, control y medida de magnitudes no eléctricas, transductores de campo magnético y transductores de ángulo.

Los diodos magnéticos se encuentran en los relés sin contacto, los diodos magnéticos en los circuitos reemplazan a los colectores de los motores de CC. Hay amplificadores de diodo magnético de CA y CC en los que la entrada es una bobina electromagnética que impulsa el diodo magnético y la salida es el propio circuito de diodo. Con corrientes de hasta 10 A, se pueden obtener ganancias del orden de 100.

La industria nacional produce varios tipos de magnetodiodos. Su sensibilidad varía de 10-9 a 10-2 A/m. También existen magnetodiodos capaces de determinar no solo la fuerza del campo magnético, sino también su dirección.

De lo anterior queda claro que el uso de diodos magnéticos requiere una fuente de campo magnético constante o variable. Se pueden utilizar imanes permanentes o electroimanes como tal fuente. Los diodos magnéticos deben instalarse de modo que las líneas del campo magnético sean perpendiculares a las superficies laterales de la estructura del semiconductor.

Se permite el funcionamiento de diodos magnéticos cuando se conectan en serie. Si es necesario operar los diodos magnéticos en condiciones de humedad relativa del ambiente de hasta 98% y a una temperatura de 40 °C, se recomienda un sellado adicional utilizando compuestos a base de resinas epoxi.