Магниторезистивные преобразователи

Магниторезистор представляет собой полупроводниковый рези­стор, основное свойство которого заключается в способности изменять свое электрическое сопротивление под действием магнитного поля. Магниторезистивный эффект, или эффект Гаус­са, заключается в изменении удельной проводимости полупроводни­ка при изменении воздействующего на него магнитного поля. Пластина полупроводника помещается во внешнее поперечное магнитное поле, и вдоль нее пропускается ток. Действие силы Лорен­ца вызывает искривление траектории носителей заряда и приводит к удлинению пути, проходимого носителями между электродами, к ко­торым приложено внешнее электрическое поле, что эквивалентно воз­растанию удельного сопротивления полупроводника. Увеличение сопротивления полупроводника происходит и когда магнитное поле направлено перпендикулярно направлению протека­ния электрического тока, и когда направление магнитного поля параллельно направлению тока. В первом случае мы имеем дело с поперечным эффектом магнитосопротивления, получившем практическое применение. Второй случай носит название продольного эффекта магнитосо­противления. Практического применения он не нашел из-за слабого изменения сопротивления в магнитном поле. Магнитосопротивление можно определить как раз­ность между сопротивлением магниторезистора в магнитном поле Rв и без магнитного поля (начальное сопротивление). Начальное сопро­тивление R0 определяется материалом и используемой конструк­цией.К факторам, влияющим на магнитосопротивление, относятся гео­метрия полупроводниковой пластины, концентрация и подвижность носителей

Установлено, что магнитосопротивление увеличивается при умень­шении отношения длины пластины к ее ширине. Чем длиннее путь но­сителя заряда в полупроводнике без соударений с другими частица­ми, тем больший поток носителей отклоняется. Это означает, что под­вижность электронов в полупроводнике играет важную роль для повышения сопротивления. Поэтому при использовании магниторезистивного эффекта чаще всего применяют материалы, характеризующиеся высокой подвижностью электронов.

Одной из основных характеристик магниторезистора является за­висимость RB=f(В). Эта зависимость (рис. 7) при малой магнит­ной индукции квадратична относительно В, а при больших линейна.

Характеристики магниторезистора сильно зависят от температу­ры.

Зависимость сопротивления магниторезисторов от индукции внеш­него магнитного поля при различных температурах окружающей сре­ды приведены на рис. 9. Как видно из рисунка, при увеличении ин­дукции от 0 до 1T сопротивление при нормальной температуре изме­няется приблизительно в 6—12 раз. Поэтому при использовании маг­ниторезисторов в широком интервале температур необходимо предус­матривать температурную компенсацию их характеристик.

Магниторезисторы применяются преимущественно в измерительной технике; для измерения магнитной индукции, мощности, в качестве ана­лизатора гармоник. Магниторезисто­ры находят применение также в схе­мах удвоения частоты, преобразова­телей постоянного тока в перемен­ный, в схемах усилителей и генера­торов.

Магниторезисторы применяются также в качестве чувствитель­ных элементов бесконтактных переключателей, датчиков линейных перемещений, бесконтактных потенциометров и во многих других об­ластях электронной техники.

Основными метрологическими характеристиками магниторезисторов являются начальное сопротивление R0, которое лежит в пределах от долей ома до десятков килоом, и магниторезистивная чувствительность SB=dR/dB. Обычно для характеристики магниторезистивных преобразователей используют зависимости ∆RB/R0=F(B), где ∆RB=RB-R0. Температурный коэффициент сопротивления магниторезисторов (ТКС) зависит от состава материала, магнитной индукции и температуры. Чем больше чувствительность магниторезистора, тем больше его ТКС. Значения ТКС различных типов магниторезисторов имеют пределы 0,0002—0,012 К-1.