Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Преобразователи на гальваномагниторекомбинационном эффекте




Гальваномагниторекомбинационные преобразователи (ГМРП) основаны на изменении средней концентрации носителей заряда под действием магнитного поля, проявляющемся в проводниках, которые имеют поверхности с разной скоростью рекомбинации носителей зарядов. ГМРП обычно представляет собой тонкую полупроводниковую пластинку (рис. 51), у которой одна из боковых поверхностей (1) грубо обработана (пескоструйка, грубая шлифовка), а другая (2) — отполирована. Вследствие этого у поверхности 1 скорость рекомбинации носителей зарядов на 2-3 порядка больше, чем у поверхности 2 [8,9].

 
Рис. 51. Пример ГМРП

Если ГМРП находится в магнитном поле так, что вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно к вектору плотности тока через ГМРП и параллельно плоскостям рекомбинации, то под действием силы Лоренца произойдет смещение носителей зарядов к одной из боковых поверхностей. Если направление магнитного поля таково, что заряды перемещаются к поверхности 1, то общая концентрация носителей зарядов уменьшается и соответственно возрастает сопротивление ГМРП. При обратном направлении вектора магнитной индукции изменяется направление силы Лоренца, что приводит к перемещению зарядов к поверхности 2, у которой малая скорость рекомбинации, и к общему увеличению концентрации зарядов, т.е. к уменьшению сопротивления ГМРП.

Таким образом, в отличие от магниторезисторов, у которых изменение сопротивления не зависит от полярности магнитной индукции, у ГМРП изменение сопротивления зависит от направления вектора . При неизменном направлении магнитной индукции изменения знака приращения сопротивления можно достигнуть изменением направления тока через ГМРП. Следовательно, в магнитном поле ГМРП имеет свойства, аналогичные свойствам диода.

Наиболее выражен рассматриваемый эффект у магнитотранзисторов с электрически управляемой магниточувствительностью. Полевой гальваномагниторекомбинационный транзистор (ПГМРТ) состоит из полупроводниковой пластины (тип полупроводника близок к типу собственной проводимости), одного или двух металлических электродов, предназначенных для подведения управляющего напряжения и изолированных слоями диэлектрика от полупроводниковой пластины и токовых электродов, подпаянных к ней.

Принцип действия транзистора типа ПГМРТ с МДП-структурой основан на изменении концентрации носителей тока в полупроводнике при действии трех полей: магнитного, продольного и поперечного электрических. При пропускании через ПГМРТ продольного электрического тока , при векторе магнитной индукции , перпендикулярном к току, и при управляющем напряжении происходит перераспределение концентрации носителей тока по сечению пластины в направлении силы Лоренца. В зависимости от скорости поверхностной рекомбинации на гранях полупроводниковой пластины (над которыми расположены полевые электроды) и направления силы Лоренца происходит общее уменьшение или увеличение концентрации основных носителей по сравнению с равновесной. Это ведет к росту или падению электрического сопротивления ПГМРТ.

Относительное изменение сопротивления ПГМРТ в квазистационарном режиме можно определить с помощью формулы

,

где — температурный коэффициент; — безразмерная функция относительного изменения сопротивления от продольного тока ; — безразмерная функция, определяемая зависимостью магниточувствительности от напряжения на полевом электроде; — магнитная индукция.

Выходное напряжение для стандартной схемы включения ПГМРТ может быть найдено из выражения

.

Основные характеристики ПГМРТ на основе германия следующие:

− выходное сопротивление ;

− номинальный ток питания ;

− максимальная чувствительность к магнитному полю – – ;

− температурный коэффициент чувствительности на ;

− диапазон рабочих температур ;

− коэффициент нелинейности ;

− диапазон измеряемых магнитных полей .

Использование ПГМРТ весьма эффективно при построении измерителей магнитных величин с автоматической коррекцией погрешностей.

На гальваномагнитных преобразователях создан широкий набор магнитометрических приборов: от рутинных приборов для регистрации изменений магнитного поля Земли до эталонных установок для измерения слабых магнитных полей. Общий перечень типов гальванометрических приборов следующий:

− приборы для измерения модуля и составляющих вектора магнитной индукции - тесламетры;

− приборы для измерения параметров неоднородного магнитного поля - градиентометры;

− измерители магнитодвижущей силы для задач бесконтактного измерения электрических токов;

− компараторы магнитной индукции;

− тесламетры переменного импульсного и синусоидального поля.

Гальванометрические преобразователи являются наиболее массовыми в измерительной технике для определения параметров магнитных полей. Этому способствуют многие их ценные качества: миниатюрность, экспрессность измерений, отсутствие гистерезиса, большой срок службы, высокая чувствительность.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. Л.: Энергия, 1969. 165 с.

2. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы и установки. Л.: Энергия, 1972. 272 с.

3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т.1. М.: ДМК Пресс, 2001. 544 с.

4. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. М.: Мир, 1989. 196 с.

5. Егиазарян Г.А., Стафеев В.И. Магнитодиоды, магнитотранзисторы и их применение. М.: Радио и связь, 1987. 88 с.

6. Измерительные преобразователи магнитных величин: Учеб. пособие/ А.А. Богородицкий, А.А. Жадаев, Е.А. Ломтев. Пенза: Пенз. политехн. ин-т, 1982. 80 с.

7. Киренский Л.В. Магнетизм. М.: Наука, 1967. 196 с.

8. Котенко Г.И. Гальваномагнитные преобразователи и их применение. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. 104 с.

9. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. 320 с.

10. Методы и средства измерений магнитных характеристик пленок / М.М. Червинский, С.Ф. Глаголев, В.Б. Архангельский. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. 208 с.

11. Никитин С.В., Волков И.В. Методика расчета оптимальных параметров входного устройства измерителя ЭМП // Информатика и прикладная математика: Межвуз. сб. научн. тр. Рязань: РГПУ, 1999.

12. Никитин С.В., Волков И.В. Оптимизация параметров измерителя напряженности магнитного поля с индукционным датчиком. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. М.: Издательское предприятие редакции журнала «Радиотехника». № 7. 2001.

13. Никитин С.В. Улучшение характеристик измерителя напряженности магнитного поля // Информационно-измерительная и биомедицинская техника: Сб. научн. тр. Рязань: РГРТА, 2001.

14. Розенблат М.А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. М.: Наука, 1966. 720 с.

15. Сергеев В.Г., Шихин А.Я. Магнитоизмерительные приборы и установки. М.: Энергоиздат, 1982. 152 с.

16. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения: Пер. с яп. М.: Мир, 1987. 419 с.

17. Хомерики О.К. Применение гальваномагнитных датчиков в устройствах автоматики и измерений. М.: Энергия, 1971. 112 с.

18. Чечерников В.И. Магнитные измерения. Изд-во МГУ, 1969. 388 с.

19. Чечурина Е.Н. Приборы для измерения магнитных величин. М.: Энергия, 1969. 168 с.

20. Ягола Г.К., Спиридонов Р.В. Измерение магнитных характеристик современных магнитных материалов. М.: Изд-во стандартов, 1989. 196 с.

21. Carl H. Smith and Robert W. Schneider. Low-Field Magnetic Sensing with GMR Sensors. Part 1: The Theory of Solid-State Sensing // Sensors Magazine. Vol. 16. N. 9 (September 1999). P. 76-83; and Part 2: GMR Sensors and their Applications // Sensors Magazine. Vol. 16, No. 10 (October 1999). P. 84-91.

22. Carl H. Smith and Robert W. Schneider, Eden Prairie. Chip-size magnetic sensor arrays // Sensors EXPO. May 2002. P. 11.

23. Magnetoresistive sensors for magnetic field measurement // Philips Semiconductors. September 2000. P. 74.

24. Michael J. Caruso, Tamara Bratland, Carl H. Smith, and Robert W. Schneider. A New Perspective on Magnetic Field Sensing // Sensors Magazine. Vol. 15. No. 12 (December 1998). P. 34-46.


ОГЛАВЛЕНИЕ

1. МАГНИТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ МАГНЕТИЗМА 4

1.1. Взаимодействие МП и проводников с током.. 4

1.2. Взаимодействие МП и заряженных частиц.. 9

1.3. Электромагнитная индукция.. 9

1.4. Атом в магнитном поле. 11

1.5. Магнитное поле в веществе. 13

1.6. Намагниченность тел различной формы... 16

1.7. Единицы магнитных величин, используемые в зарубежной технической литературе. 17

2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН 19

2.1. Классификация магниточувствительных преобразователей.. 19

2.2. Особенности применения измерительных преобразователей МП... 20

2.3. Магнитомеханические преобразователи.. 21

Силометрические. 21

Электродинамические. 23

Герконы.. 24

2.4. Индукционные преобразователи.. 25

Пассивные измерительные катушки (ИК). 25

Вращающиеся и вибрирующие катушки.. 29

Баллистические. 31

2.5. Ферромагнитные преобразователи.. 33

Используемые физические явления и эффекты.. 33

Феррозонды с продольным возбуждением.. 36

Феррозонды с поперечным возбуждением.. 40

Преобразователи на основе эффекта Виганда.. 43

Магнитоиндуктивные. 44

2.6. Гальваномагнитные преобразователи.. 45

Используемые физические явления и эффекты.. 45

Преобразователи на эффекте Холла.. 46

Преобразователи на эффекте Гаусса.. 53

Преобразователи на анизотропном магниторезистивном эффекте. AMR - преобразователи.. 55

Преобразователи на гигантском магниторезистивном эффекте.
GMR - преобразователи
.. 61

Термогальваномагнитные эффекты Нернста и Эттингсхаузена.. 64

Преобразователи на магнитодиодном эффекте. 65

Преобразователи на гальваномагниторекомбинационном эффекте. 66

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК... 69


 

Гуржин Сергей Григорьевич

Жулев Владимир Иванович

Лукьянов Юрий Александрович

Никитин Сергей Викторович

Магнитные измерения

 

Редактор Р.К. Мангутова

Корректор С.В. Макушина

 

Подписано в печать 10.08.06. Формат бумаги 60х84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,5.

Уч.-изд. л. 4,5. Тираж 25 экз. Заказ.

Рязанский государственный радиотехнический университет.

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр РГРТУ.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...