И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 54
Текст из файла (страница 54)
11.5). Через петлю пропускается постоянный ток. Если под петлей проходит ЦМД, то магнитное поле в петле изменяется. Тогда изменяется сопротивление петли и ток в ней, что соответствует цифре 1. Постоянство ' Бит — двоичная единица количества информации. Рис. 11.4. Генератор доменов 172 Рис. 11.5. Магниторезистивная петля для считывания ииформаиии Рис. 11.6. Влияние эффекта Холла иа траектории электронов в полупроводнике и-тила тока в петле означает цифру О. Цилиндрические магнитные домены могут успешно применяться не только в запоминающих устройствах, но также в различных логических и других элементах ЭВМ.
1!З. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА В последние 20 лет значительное развитие получила полупроводниковая магнитоэлектроника, основанная на так называемых гальваиомагииизиых явлениях. Эти явления представляют собой результат воздействия магнитного поля на электрические свойства полупроводников, по которым Протекает электрический ток.
Важнейшее из гальваномагнитных явлений — эффекиз Холла '. Он состоит в том, что при протекании тока в полупроводнике возникает поперечная разность потенциалов, если на этот полупроводник' действует магнитное поле, вектор которого перпендикулярен направлению тока.
Эффект Холла объясняется тем, что на подвижные носители заряда в магнитном поле действует сила Лоренца, которая вызывает их отклонение. Рассмотрим для примера это явление в полупроводнике л-типа (рис. 11.6). Все сказанное ниже об электронах можно повторить и для дырок. Электроны под действием силы Лоренца отклоняются к одной из граней полупроводниковой пластинки. На этой грани возникает отрицательный заряд, а на противоположной грани, откуда электроны ухо- ' Этот эффект был открыт американским физиком Э. Холлом в 1879 г. дят, — положительный заряд. Между электродами на этих гранях создается разность потенциалов и электрическое поле, которое противодействует смещению электронов под влиянием силы Лоренца. Когда сила, действующая на электрон со стороны поля, становится равной силе Лоренца, далънейшее смещение электронов прекращается и наступает равновесное состояние. Сила поля равна г)Е, а сила Лоренца 1(сВ, где а — заряд электрона, Š— напряженность поля, с — скорость поступательного движения электронов.
Из равенства этих сил вытекает, что Е = вВ. Выразив Е как 17н/а, где 17л — напряжение Холла между электродами на гранях, а с!— расстояние между гранями, получим (ун(й = сВ или с7и — — дсВ. Как видно, получается линейная зависимость между напряжением, возникающим при эффекте Холла, и магнитной индукцией, вызывающей это напряжение. Поэтому удобно использовать эффект Холла для построения приборов, измеряющих магнитную индукцию. Приборы, в которых используется эффект Холла, принято называть лреобразоваьчеллми Холла или датчиками Холла.
Их широко применяют для различных измерений. Поскольку магнитное поле может быть создайо электрическим током и в этом случае магнитная индукция пропорциональна силе тока, то на основе эффекта Холла созданы бесконтактные измерители силы тока. Это особенно важно для измерения сильных постоянных токов, протекающих по проводам большого диаметра, которые практически невозможно разрывать для включения амперметра. Преобразователи Холла применяются и для многих других целей, например для измерения электрической мощ- !73 ности и таких неэлектрических величин, как давление, перемещение, угол и др. С помошью эффекта Холла возможно измерение подвижности и концентрации носителей заряда в полупроводниках.
Важнейший параметр преобразователей Холла — магнитная чувствительность, представляющая собой отношение возникшего напряжения к магнитной индукции, т. е. напряжение Холла при магнитной индукции, равной единице. 11.4. МАГНИТОРЕЗИСТОРЫ Магнитореэисторы — это полупроводниковые резисторы, у которых электрическое сопротивление зависит от действуюшего на резистор магнитного поля.
Изменение электрического сопротивления под действием поперечного магнитного поля называют магниторезистивным эф4ектом 1'эффектом Гаусса). Этот эффект объясняется слелуюшим образом. Если бы все электроны имели одинаковую среднюю скорость, то при равенстве силы поля и силы Лоренца они двигались бы так, как будто магнитного поля вообще нет. Но в действительности скорости у электронов различны. Поэтому для электронов, скорость которых отличается от средней, нет равенства силы поля и силы Лоренца.
Одна из этих сил больше другой и вызывает отклонение электронов. Траектории таких электронов искрнвляются, и путь электронов становится длиннее, а это означает, что увеличивается сопротивление полупроводника. В этом и заключается магниторезистивный эффект. Прн увеличении магнитной индукции от 0 до 1 Тл сопротивление магниторезисторов может увеличиться в несколько раз. Увеличение сопротивления тем больше, чем больше магнитная индукция и подвижность носителей. Поэтому для изготовления магниторезисторов применяют полупроводники с возможно более высокой подвижностью носителей заряда, например антимонид индия 1пБЬ или арсенид индия 1пАв и некоторые другие. Как и у всех полу- 174 проводниковых приборов, сопротивление магниторезисторов при повышении температуры значи~ельно уменьшается.
Основные параметры магниторезисторов: номинальное сопротивление при отсутствии магнитного поля; отношение сопротивления при действии магнитного поля с определенным значением магнитной индукции к номинальному сопротивлению; температурный коэффициент сопротивления и максимальная допустимая мощность рассеяния. Магниторезисторы применяются в измерительной технике, в частности для измерения магнитной индукции, в качестве бесконтактных датчиков перемещений, в бесконтактных выключателях и переключателях и во многих других устройствах электронной техники и электротехники. 11.5. МАГНИТОДИОДЫ Магнитодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, у которых вольт-амперная характеристика изменяется под действием магнитного поля.
У обычных полупроводниковых диодов тонкая база н магнитное поле незначительно изменяет вольт-амперную характеристику. А магнитодиоды имеют толстую (кдлиннуюн) базу, в которой длина пути тока много больше диффузионной длины инжектированных в базу носителей. Обычно толшина базы составляет несколько миллиметров. В этом случае сопротивление базы соизмеримо с прямым сопротивлением р — н-перехода. При увеличении индукции поперечного магнитного поля сопротивление базы значительно возрастает, подобно тому как зто происходит в магниторезисторе.
Возрастает обшее сопротивление диода, н прямой ток уменьшается. Такое уменьшение тока связано еше и с тем, что прн увеличении сопротивления базы происходит перераспределение напряжения, т. е. увеличивается падение напряжения на базе и соответственно уменьшается напряжение на р — н-переходе, от чего дополнительно снижается ток. Такой магнитодиодный э44ект наглядно показывают вольт-амперные характеристи- мЯ 4) Р О г ч б вю Рнс. ! !.7. Вольт-ампернме характеристики я условное графическое обозначение мвгнято- диода ки магнитодиода (рис. 11.7). Из них хорошо видно, что с повышением магнитной индукции прямой ток уменьшается.
Следует отметить, что для магнитодиодов характерно значительно большее прямое напряжение, чем для обычных диодов, что объясняется ббльшим сопротивлением базы. Изготовляют магнитодиоды на основе полупроводников с возможно большей подвижностью носителей. Часто магнитодиоды делают со структурой р †! — н, причем удлиненная область ! обладает значительным сопротивлением и именно в ней возникает резко выраженный магниторезистивный эффект. Чувствительность к изменению магнитной индукции у магнитодиодов выше, нежели у преобразователей Холла. Магнитодиоды нашли широкое и разнообразное применение: в бесконтактиых кнопках и клавишах, служащих для ввода информации; в качестве датчиков положения движущихся предметов; для считывания магнитной записи информации; для измерений и контроля различных неэлектрических величин. На магнитодиодах могут быть построены бесконтактные реле тока.
Схема на магнитодиодах, может заменять коллектор у электродвигателя постоянного тока. Возможны магиитодиодные усилители постоянного и переменного тока. Входом у них является обмотка электромагнита, магнитное поле которого управляет магнитодиодом, а выходом служит цепь самого диода. Для токов до 10 А можно получить коэффициент усиления в несколько сотен.
11.6. МАГНИТОТРАНЗИСТОРЫ И МАГНИТОТИРИСТОРЫ Магнитотранзисторы представляют собой транзисторы, у которых характеристики и параметры изменяются под влиянием магнитного поля. На обычные биполярные транзисторы магнитное поле влияет слабо. Для значительного повышения магнитной чувствительности делают биполярные магнитотранзисторы с двумя коллекторами (рис. 11.8). Как видно из рисунка, коллекторы К, и К, расположены симметрично относительно эмиттера. При отсутствии магнитного поля ток коллектора делится на две равные части, которые попадают соответственно на коллекторы.
Траектории электронов для этого случая показаны сплошными линиями. На резисторах нагрузки при этом равные падения напряжения, и выходное напряжение (У между коллекторами равно нулю, так как потенциалы коллекторов одинаковы. Если на транзистор будет действовать поперечное магнитное поле (вектор магнитной индукции В такого поля направлен перпендикулярно плоскости чертежа), то под влиянием силы Лоренца электроны коллекторного тока будут отклоняться. Их траектории показаны штриховыми линиями. На коллектор К, будет попадать больше электронов, и его ток увеличится, а ток коллектора Кз соответственно уменьшится. Падение напряжения на резисторах нагрузки и потенциалы коллекторов станут различ- Ряс.
! !.8. Принцип устройства в схема включения биполярного магннтотрвнзнстора с двумя коллекторами !75 ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 176 ными. Выходное напряжение между коллекторами увеличивается с ростом магнитной индукции. Магнитная чувствительность такого транзистора значительно выше, нежели у преобразователей Холла. Разработаны различные по структуре биполярные магнитотранзисторы; в частности, они могут быть изготовлены по планарной технологии. Помимо биполярного двухколлекторного магнитотранзистора существуют однопереходные магнитотранзисторы (двухбазовые дио- 12.1.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Еше в ХЧП веке И. Ньютон создал корпускулярную теорию света, согласно которой свет рассматривался как поток частиц, а Х. Гюйгенс разработал волновую теорию света, в которой свет объяснялся распространением волн в эфире — гипотетической среде, заполняющей все «пустое» пространство и все промежутки между частицами обычных веществ. В дальнейшем Дж. Максвеллом была создана электромагнитная теория света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
