Главная/

Радиоэлектроника, компьютеры и периферийные устройства. /

Разработка макета системы персонального вызова

носителей в базе,  т. е. повышение ее сопротивления. Это вызы-

вает увеличение падения напряжения на базе и уменьшение на p-n

переходе (при U=const).  Уменьшение падения напряжения на  p-n

переходе  вызывает снижение инжекционного тока и следовательно

дальнейшее увеличение сопротивление базы.  Длину L можно изме-

нять воздействуя на диод магнитным полем.  Оно приводит к зак-

ручиванию движущихся носителей и их  подвижность  уменьшается,

следовательно  уменьшается и L.  Одновременно удлиняются линии

тока, т. е. эффективная толщина базы растет. Это и есть магни-

тодиодный эффект.

    Нашей промышленностью выпускается несколько типов магнито-

диодов.  Их чувствительность лежит в пределах 10Е-9  до  10Е-2

А/м.  Существуют  также  магнитодиоды  способные определять не

только напряженность магнитного поля но и его направление.

    1.2.8. Магнитотранзисторы.

    Существует множество типов магнитотранзисторов.  Они могут

быть и биполярными, и полевыми, и однопереходными. Но наиболь-

шей  чувствительностью  обладают  двухколекторные магнитотран-

зисторы (ДМТ).  Структурная схема и способ включения ДМТ пока-

заны на рис. 1.10.

    ДМТ - это  четырех  электродные  полуроводниковые  приборы

планарной или торцевой топологии. Инжектирующий контакт, эмит-

тер,  расположен между симметричными  коллекторами.  Четвертый

контакт - базовый. Магнитное поле в зависимости от направления

отклоняет инжектированные носители к одному из  коллекторов  и

изменяет распределение токов между коллекторами.  Разность то-

ков коллекторов и определяет величину  измеряемого  магнитного

поля. Она пропорциональна индукции магнитного поля, а знак по-

казывает его направление.  В области слабых полей ДМТ обладает

очень  высокой  магниточувствительностью и хорошей линейностью

ампер-тесловой характеристики.  Они используются в  аппаратуре

требующей  измерения индукции и знака магнитного поля,  напри-

мер,  в магнитных компасах.  В основном используются кремний и

германий.  Чувствительность магнитотранзисторов лежит в преде-

лах 10Е-8 до 10Е-4 А/м.

    1.2.9. Датчик на эффекте Холла.

    Рассмотрим пластину  полупроводника  р-типа  через которую

протекает ток, направленный перпендикулярно внешнему магнитно-

му полю.  Сила Лоренца отклоняет дырки к верхней грани пласти-

ны,  в следствии чего их концентрация там увеличивается,  а  у

нижней грани уменьшается.  В результате пространственного раз-

деления зарядов возникает электрическое поле,  направленное от

верхней грани к нижней. Это поле препятствует разделению заря-

дов и,  как только создаваемая им сила станет равной силе  Ло-

ренца, дальнейшее разделение зарядов прекратится (рис. 1.11).

    Разность потенциалов между верхней и нижней гранями образ-

ца  равна  :

                       V = E*a = v*B*a,

    где а - ширина образца в направлении протекания тока,  B -

напряженность магнитного поля,  v - скорость носителей. Наибо-

лее существенное достоинство датчика Холла  при  измерении  им

напряженности  магнитного  поля  -  это линейность измеряемого

напряжения от индукции магнитного поля. Датчики работают в ди-

апазоне от 10Е-5 до 1 А/м.

    Датчики Холла изготавливают либо из тонких полупроводнико-

вых пластин,  либо из напыленных тонких пленок. Для изготовле-

ния используются полупроводники с высокой подвижностью носите-

лей заряда.

    1.2.10. Волоконно-оптический магнитомер.

    Волоконно-оптический магнитомер  (ВОМ)  представляет собой

новый вид датчика,  который находится еще в процессе разработ-

ки. В нем используются два стекловолоконных световода, образу-

ющих интерферометр Маха-Цандера.  Луч  лазера  проходит  через

светоделитель  в  оба  волокна  и  рекомбинирует  в сумматоре,

поступая затем на фотодетектор в конце каждого  волокна.  Один

из  световодов  либо  намотан на магнитострикционный материал,

либо покрыт им. Размеры магнитострикционного материала зависят

от степени его намагничености. Когда такой материал намагничи-

вается внешним полем,  длина волокна изменяется. При изменении

(на долю длины волны) луч, проходящий через световод, приходит

в сумматор со сдвигом по фазе относительно  луча,  проходящему

по эталонному световоду.  Интенференция двух световых волн вы-

зывает изменение уровня света на фотодетекторах,  величина ко-

торого равна разности фаз.

    ВОМ имеет чувствительность от 10Е-15 до 10Е-5 А/м.  Он мо-

жет использоваться для обнаружения либо постоянных полей, либо

полей, меняющихся с частотой до 60 КГц. Его размеры зависят от

требуемой  чувствительности,  но обычно он имеет около 10 см в

длину и 2.5 см в ширину.  Большим недостатком является сильные

шумы и чувствительность к вибрациям.  Конструкция ВОМ показана

на рис. 1.12.

    1.2.11. Магнито-оптический датчик.

    В магнито-оптическом датчике (МОД) используется эффект от-

крытый Фарадеем. Этот эффект заключается во вращении плоскости

поляризационного света при прохождении через магнитный матери-

ал.  Эффект максимально выражен  в  некоторых  кристаллах  при

юстировке  направления распространения света,  оси кристалла и

приложенного магнитного поля.  Примем, что плоская волна поля-

ризационного  света составлена из двух волн с круговой поляри-

зацией - правополяризованной (ПП) и левополяризован ной  (ЛП).

Вращение  плоскости  поляризации  плоской  волны происходит за

счет изменения относительных фаз ПП и ЛП  волн.  Тогда  эффект

Фарадея  является результатом изменения показателя преломления

кристалла,  зависящего от того, происходит ли прецессия элект-

ронов  в  кристалле относительно продольного магнитного поля в

том же самом или в противоположном направлении, что и вращение

электрического  поля света с круговой поляризацией.Коэффициен-

том,  определяющем степень эффективности  материала,  является

постоянная Верде, имеющая размерность единиц углового вращения

на единицу приложенного поля и на единицу длины.

    Важным преимуществом этих датчиков являются их очень малая

инерционность и широкая полоса частот на которых они работают.

Были  изготовлены  датчики  с  гигагерцовой частотной характе-

ристикой.  Нижний предел чувствительности датчиков равен 10Е-6

А/м . Конструкция МОД показана на рис. 1.13.

    1.2.12. Выводы.

    Рассмотpим условия  которым  должны  удовлетворять датчики

магнитного поля пpименяемые в системе пеpсонального  вызова  с

индуктивной связью.

    Во-пеpвых, датчик должен обладать достаточной чувствитель-

ностью к магнитному полю,  чтобы быть способным пpинять слабые

сигналы вызова.  В таблице 1.1 пpиведены  пpимеpные  диапазоны

чувствительности   пpиведенных   pанее   датчиков.   По  этому

паpаметpу можно  исключить  из  pассмотpения  следующие  мало-

чувствительные датчики: Холла, магнитооптический, магнитодиод,

магнитотpанзистоp.