Convertoare magnetice. Bazele fizice ale rezistorului magnetic rezistor magnetic Faceți-vă singur
Magneticistor. este un rezistor semiconductor, din care proprietatea principală este capacitatea de a-și schimba rezistența electrică sub acțiunea câmpului magnetic . Efect magnetic, sau efectul Gauss este de a schimba conductivitatea specifică a semiconductorului atunci când câmpul magnetic care afectează acest lucru este schimbat. Placa semiconductoare este plasată într-un câmp magnetic transversal extern, iar curentul este trecut de-a lungul acesteia. Efectul forței lui Lorentz determină curbura transportorului de încărcare și duce la alungirea calea care trece de purtătorii dintre electrozii la care externul câmp electricAceasta este echivalentă cu creșterea rezistenței semiconductorului. O creștere a rezistenței semiconductorului apare și când câmpul magnetic este îndreptat perpendicular pe direcția debitului de curent electric și când direcția câmpului magnetic este paralelă cu direcția curentă. În primul caz Avem de-a face cu efectul transversal al magnetorezistenței, care a primit aplicații practice. Al doilea caz Poartă numele efectului longitudinal al magnetorezistenței. Nu a găsit o aplicație practică datorită unei schimbări slabe de rezistență în câmpul magnetic. Magnetorezistența poate fi definită ca o diferență între rezistența magnetică a rezistorului magnetic în câmpul magnetic al RV și fără un câmp magnetic (rezistență inițială). Rezistența inițială R0 este determinată de materialul și structura utilizată. Factorii care afectează magnetorezistența includ geometria plăcii semiconductoare, concentrația și mobilitatea transportatorilor
Se stabilește că magnetorezistența crește cu o scădere a raportului de lungime de rating la lățimea sa. Cu cât este mai lungă calea transportorului de încărcare din semiconductor fără coliziuni cu alte particule, cu atât este mai mare fluxul de medii. Aceasta înseamnă că mobilitatea electronică în semiconductor joacă un rol important pentru a crește rezistența. Prin urmare, atunci când se utilizează un efect magnetoreziste, materialele caracterizate prin mobilitate ridicată la electroni sunt cel mai adesea utilizați.
Una dintre principalele caracteristici ale rezistorului magnetic este relația rb \u003d f (b). Această dependență (figura 7) la inducția magnetică scăzută este patrată în raport cu B, și cu linear mare.
Caracteristicile rezistorului magnetic sunt foarte dependente de temperatură.
Dependența rezistenței magnetoresttorilor de la inducerea unui câmp magnetic extern cu diverse temperaturi Mediul este prezentat în fig. 9. După cum se poate observa din figură, cu o creștere a inducției de la 0 la 1t, rezistența la temperatura normală se schimbă de aproximativ 6-12 ori. Prin urmare, atunci când utilizați magnetorore într-o gamă largă de temperaturi, este necesar să se asigure compensarea temperaturii pentru caracteristicile acestora.
Rezistențele magnetice sunt utilizate în principal în echipamentul de măsurare; Pentru a măsura inducția magnetică, puterea, ca analizor armonic. Magnetizorilor sunt de asemenea utilizați în schemele de dublare a frecvenței, convertoare curent continuu Variabilă, în schemele de amplificatoare și generatoare.
Magneticizorii sunt, de asemenea, utilizați ca elemente sensibile ale comutatoarelor fără contact, senzori de deplasare liniară, potențiometrele fără contact și în multe alte domenii de tehnologie electronică.
Principalele caracteristici metrologice ale magnetoresisteștii sunt rezistența inițială R0, care se află în intervalul de la fracțiunea de Ohm la zeci de kilometri și sensibilitatea magnetoreziste SB \u003d DR / DB. De obicei, dependența de ΔRB / R0 \u003d F (b) sunt utilizate pentru a caracteriza convertoarele magnetoreziste, unde ΔRB \u003d RB-R0. Coeficientul de temperatură a rezistenței rezistoarelor magnetice (TKS) depinde de compoziția materialului, a inducției magnetice și a temperaturii. Cu atât este mai mare sensibilitatea rezistorului magnetic, cu atât este mai mare TKS. Valorile TKS. tipuri diferite Rezistențele magnetice au limitele de 0,0002-0,012 K-1.
Rezistențe magnetice
Scopul lucrării este: să vă familiarizați cu principiile fizice ale acțiunii, tehnologia de fabricație, proiectarea și aplicarea rezistoarelor magnetice, investigați principalele caracteristici și parametri
Rezistoare magnetice (MR) – acestea sunt componente electronice, a căror acțiune se bazează pe modificarea rezistenței electrice a semiconductorului (metal) atunci când este expusă la un câmp magnetic. MP utilizat ca senzori magnetici tensiune electrică Atât curentul, viteza și direcția de rotație, în dispozitivele de citire a informațiilor în computer, în motoare electrice de supapă, contoare de câmp magnetic etc. MR oferă aproape un mecanic, electric, termic, etc. Confuzarea circuitelor de măsurare și control de la obiectele de control. Acestea au viteză, sensibilitate, fiabilitate, dimensiuni mici și consum de energie. În prezent magneticizori monolitici și de film cunoscuți.
Principiul funcționării MR monolit se bazează pe așa-numitul efect magnetoresistectiv. După cum se știe, pe placa semiconductoare, care curge curentul, câmpul magnetic are loc Sala EMF (figura 8.1.1)
E x \u003d k i b / b,
unde I. - curentul care curge de-a lungul plăcii, B. - inducerea câmpului magnetic, b.- placa Wirina în direcția perpendiculară pe curent, K \u003d 1 / ne - coeficientul holului, e.și N. În consecință, sarcina elementară a transportatorilor curenți și a concentrației acestora.
La stabilirea unui echilibru dinamic între forța Lorentz și puterea câmpului electric Hall, transportatorii de încărcare având aceeași viteză v. se va deplasa de-a lungul traiectorii drepte în direcția curentului electric extern, în timp ce vectorul câmpului electric total este direcționat către vectorul curent prin semiconductor la un anumit unghi φ. Unghiul holului este determinat de formula: tg φ \u003d e x / e \u003d u bUnde u-mobilitatea transportatorilor de taxare. Cu câmpuri magnetice mici și, prin urmare, colțurile mici ale sălii φ ≈ u b.
La stabilirea unui echilibru dinamic, rezistența câmpului electric halolian compensează efectul forței Lorentz și, prin urmare, nu curbează traiectoria purtătorilor de încărcare care are aceeași viteză v. Se pare, în acest caz, rezistența semiconductorului nu trebuie schimbată sub acțiunea câmpului magnetic.
De fapt, transportatorii din semiconductor sunt supuși unei anumite distribuții de viteze. Prin urmare, transportatorii cu o viteză care depășește viteza medie și purtătorii care au o viteză mai mică comparativ cu media, sunt deplasate în diferite puncte de pe marginea laterală a plăcii semiconductoare, deoarece acționează asupra amplorii lui Lorentz. Astfel, rezistivitatea semiconductorului în câmpul magnetic se modifică datorită curburii traiectoriei purtătorilor de încărcare care se deplasează la o viteză, alta decât viteza medie.
Cel mai mare efect magnetorezist poate fi obținut într-un semiconductor al unei astfel de forme și design, în care apariția halei tensiunii câmpului electric este dificilă sau imposibilă. Aceste condiții pot fi implementate teoretic într-o placă semiconductoare cu dimensiuni infinit mari în direcția perpendiculară pe rezistența câmpului electric extern. Într-un astfel de semiconductor, nu există acumulări de purtători de încărcare pe partea laterală, EMF-ul holului nu este format, iar traiectoria de încărcare se abate de la direcția câmpului electric extern în direcția forței Lorentz (Fig . 8.1.2). Vectorul de densitate curentă coincide în direcția purtătorilor de încărcare și, prin urmare, se dovedește a fi deplasată în raport cu vectorul extern al câmpului electric al câmpului la unghiul holului φ . Abaterea traiectoriei transportatorilor de taxare într-un semiconductor nelimitată este echivalentă cu o scădere a lungimii căii libere a transportatorilor de încărcare în direcția câmpului electric,
aici L 0.- lungimea gamei libere de transportatori de încărcare în absența unui câmp magnetic, L.- Proiecția căii de încărcare a fost adoptată de transportatorul între două ciocniri succesive în prezența unui câmp magnetic în direcția câmpului electric extern. La colțurile mici de Cos Hall φ pot fi descompuse la rând
cos. φ = 1- Φ 2/2! + ...
atunci ΔL ≈ L 0 - L 0 + L 0 φ 2/2, prin urmare ΔL ≈ L 0 φ 2/2.
Deoarece în timpul executării libere, purtătorul de încărcare trece într-un câmp magnetic un mod mai mic de-a lungul câmpului electric , acest lucru este echivalent cu o scădere a vitezei și a mobilității de drift și, prin urmare, conductivitatea specifică a semiconductorului., Schimbarea relativă a rezistivității este în același timp. (ρ - ρ 0) / ρ 0 \u003d ΔL / L 0 \u003d U 2 B 2/2.
Pentru limitate de cristalul său semiconductor, raportul este adevărat Δρ / ρ 0 \u003d C U 2 B 2Unde De la - Coeficientul în funcție de forma plăcii semiconductoare.
Recent, a fost distribuit un film MR, elementul sensibile magnetic, care servește un film feromagnetic (aliaj de nichel cu cobalt sau nichel și fier). Funcționarea filmului MR se bazează pe un efect de magnetoreză anizotrop, care constă în faptul că câmpul magnetic exterior se schimbă în materialul feromagnetic, probabilitatea de a împrăștia electronii în direcții diferite, care, la rândul lor, duce la o schimbare a rezistenței electrice.
Rezistențe magnetice- Acestea sunt rezistoare ale rezistenței alternative, a cărei valoare depinde de tensiunea câmpului magnetic aplicat.
Detectorul magnetic este o placă semiconductoare, suprafața căreia se aplică benzi metalice (fig.7.14). Fiecare parte a plăcii semiconductoare dintre cele două benzi metalice este un rezistor magnetic separat. Benzi metalice efectuează rolul de șunte care reduc sala EMF, care apar pe marginile laterale ale plăcii semiconductoare.
Materialul principal semiconductor pentru rezistențele magnetice este India ARSENDE ARSENDE ARSENIDE - materiale cu mobilitate mare de electroni (7,6 m 2 / (în · c) și 3,3 m 2 / (în · C), respectiv). Industria internă este produsă de studii magnetice de tip timer, a se vedea Caracteristicile lor: rezistență nominală 50 ... 220 ohmi, putere împrăștiată 0.15 ... 0.25 W.
M. 
agnitodionii(Fig. 7.15, dar) - Acestea sunt diodele cu o bază groasă, rezistența căreia crește într-un câmp magnetic transversal ca urmare a scăderii mobilității purtătorilor de încărcare principal și non-miez, ca în magnetoretul obișnuit. O creștere a rezistenței diodei a unei diode cu o bază groasă poate fi, de asemenea, asociată cu o scădere a duratei de viață a transportatorilor non-core, dacă, datorită curburii traiectoriei mișcării, purtătorii non-core vor ajunge la suprafață din zona de bază, unde viteza recombinării lor este mare. Ca material pentru fabricarea magneticilor, germaniu unic de cristal sau siliciu, având o mobilitate destul de mare a transportatorilor de încărcare. Ramurile drepte ale Germaniei celulele magnetice din câmpurile magnetice cu inducție magnetică diferită sunt prezentate în fig. 7.15, b..
Pentru a estima sensibilitatea magnetotei în câmpul magnetic, prin analogie cu convertoarele Hall, utilizați sensibilitatea Volt, expresia pentru care este specificată ca
, B / (tl · a), (7.29)
unde δ. U.- schimbarea tensiunii pe magneticode atunci când faceți-o într-un câmp magnetic, în; I. etc. - valoarea curentului direct și; ÎN- valoarea inducției magnetice, TL.
Volt sensibilitatea magnetodidelor poate fi semnificativ mai mare decât sensibilitatea de tensiune a convertoarelor hale din același material.
M. 
senzori agneciali.Senzorii de rezistivitate magnetică anizotropică (AMR) sunt rezistențe speciale realizate dintr-un film permallofi subțire plasat pe o placă de siliciu (figura 7.14). În producția lor, filmul este plasat într-un câmp magnetic puternic pentru orientarea zonelor magnetice în aceeași direcție, determinând astfel direcția vectorului de magnetizare. Apoi, atunci când loviți câmpul magnetic exterior, perpendicular pe film, vectorul de magnetizare începe să se rotească sau să schimbe unghiul. Aceasta, la rândul său, modifică rezistența filmului. Convertorul de câmp magnetic constă din patru magnetoresistești subțiri R.1-
R.4
(Fig. 7.16) conectat la circuitul de pod.
Modificările rezistenței rezistoarelor magnetice în umerii adiacenți ai circuitului de pod sunt opuși de semnul atunci când sunt expuse câmpului magnetic al unei polarități (schimbarea rezistenței din Figura 7.16 este condiționată de simbolurile "+" și "-" ). În același timp, cantitatea de modificări ale rezistenței umerii depinde atât de valoarea cât și de polaritatea inducției câmpului de afectare și de unghiul dintre vectorul de inducție ÎNși planul elementului sensibil magnetic. Schimbarea rezistenței poate fi detectată prin schimbarea tensiunii de ieșire U. Out, apoi calculați puterea câmpului magnetic de impact. Astfel, convertorul are o sensibilitate de coordonate de relativ două planuri reciproc perpendiculare.
Senzorii de rezistor magnetici sunt miniaturați în dimensiune și plasați pe un substrat cu dimensiuni de aproximativ 5 × 4,5 mm. Sensibilitatea magnetică relativă a senzorilor magnetici este de 1 ... 27 (MKV / B) / (A / M); Tensiunea de alimentare U. P \u003d 5 ... 10 V cu consumul curent nu mai mult de 10 mA. Astfel de senzori cu putere redusă pot fi eliberați fie separat, fie construiți în alte produse. Cu o calibrare adecvată, compasurile electronice pe senzorii magnetorea pot ajunge la o precizie mai mare de un grad. Compasele încorporate în unele receptoare GPS se bazează pe această tehnologie.
Controlați întrebări și exerciții
1. Explicați esența efectului Sevebeck.
2. Listați componentele termoemului.
3. Cum este termobura?
4. Explicați principiul pompei termice.
5. Cauzele apariției efectului Thomson.
7. Afișați o expresie pentru Sala EMF.
8. Dispozitivul și parametrii de bază ai convertorului Hall.
9. Care este sensibilitatea Volt a transcenderului Hall?
10. Explicați principiul funcționării magnetotranistorului bipolar.
11. Care este efectul magnetic?
12. Care este colțul sălii și ce depinde?
13. Ce fel de design ar trebui să fie magnetoretorilor?
14. Ce diode pot fi folosite ca magnetice?
Contacte
Neutru 215.
Coeficient
Peltier 219.
Sala 225.
Lorentz, Putere 224
Magnitodiod 231.
Magnetizor 230.
Senzor de rezistor magnetic 232.
Magnetotransistor 228.
Căldură 221.
Convertor de sala 226.
Baterie 216.
Termode 216.
Sala Unghi 229.
Seebek 216.
Magnetorestiv 228.
Peltier 219.
Thomson 222.
Smochin. 1. Diagrame de conectare a rezistoarelor magnetice la sursa de alimentare și sarcina și este singură cu RN; b - diferențial (jumătate de litot); B - diferențial în schema de pod; G este un pod magnetorevoyistor.
Pentru a compensa instabilitatea termică a unui singur sistor magnetic, puteți utiliza un termistor special selectat (TCC), care este pornit în loc de rezistorul de sarcină RN (figura 1a).
Cele mai bune rezultate oferă utilizarea magnetorestătorilor diferențiali (figura 1b, c) și podurile sistemice magnetice (figura 1 g).
Pentru a spori și prelucrarea primară a semnalului, pot fi utilizate "detașabil" de la rezistorul magnetic, diferite circuite electronice, realizate pe tranzistori (fig.2) sau chips-uri integrale (fig.3, 4). În fig. 2.A este prezentată diagrama cascadei de intrare a dispozitivului magnetoelectronic, realizată pe magnetorezistor.
Smochin. 2. Scheme pentru pornirea rezistenței magnetice în cascada tranzistorului.
Când este expus la gradul magnetic R1 al câmpului magnetic extern, semnalul de la ieșirea lanțului R1-R2 se schimbă proporțional cu modificarea rezistenței câmpului magnetic și în interiorul porțiunii liniare a caracteristicilor de intrare ale tranzistorului VT1. Modul de funcționare al tranzistorului este setat de rezistorul R2. Acest circuit utilizează un tranzistor cu coeficientul maxim de transmisie static maxim (mai mare de 200).
Schema (figura 2b) este completată de o cascadă cheie pe tranzistorul VT2, scufundată pe releul K1.
Pentru a spori semnalul de magnetoresistești atunci când creați dispozitive de magnetoelectronic moderne, este cel mai recomandat să se aplice amplificatoare de funcționare, incluse în conformitate cu schema de convertoare de tip de tensiune de rezistență (PSN).
Ca parte a dispozitivelor de magnetoelectronic foarte sensibile, utilizarea amplificatoarelor instrumentale integrante cu zgomot redus al tipului AMR-04 și AMR-01 (dispozitive analogice) sau INA118P (Burrbrown) este cea mai eficientă.
Creșterea stabilității termice a dispozitivelor de magnetoelectronic este asigurată prin utilizarea unor scheme de termostat și nutriție specială din sursa AC.
În fig. 3A ca exemplu, schemele de alimentare și termostabilizarea modului de funcționare a magnetorevatorului de film subțire tip GMR Sat. În acest caz, amplificarea semnalului poate fi efectuată de amplificator, a cărei diagramă este prezentată în fig. 3b.
Smochin. 3. Scheme de alimentare și stabilizarea termică a modului de sistem genetic magnetic de tip T de tip GMR C6 utilizând: A - Posistor; B - Amplificatorul semnalului.
La valoarea rezistenței R6 \u003d 5K, coeficientul de câștig al unei astfel de scheme este de aproximativ 18.
În fig. 4 și 5 sunt cele mai simple scheme de conectare a magneticizatorilor la amplificatoarele de operare și de scule.
Smochin. 4. Schema de amplificare a semnalului unui pod de sistem magnetic subțire recomandat de Siemens A. G.
Smochin. 5. Schema de includere pentru un magnetorestor diferențial "monolitic", recomandat de Siemens A. G.
În fig. 5 prezintă schema de includere a unui rezistor magnetic diferențial "monolitic", conceput pentru a lucra într-un dispozitiv pentru controlul vitezei de rotație a roții de unelte.
În fig. 6 are o schemă de includere a unui sistem magnetic de film subțire de tip KMZ10, conceput pentru a înregistra câmpuri magnetice slabe.
Smochin. 6. Schema de includere a KMZ10 Magnetorestor de film subțire, conceput pentru a înregistra câmpuri magnetice slabe.
Diagrama prezentată în fig. 6, asigură următoarele caracteristici:
compensarea drift de sensibilitate în funcție de temperatură prin bucla de feedback, care include un termistor Kty 83-110;
ajustarea offsetului cu rezistorul R8;
reglarea sensibilității circuitului utilizând un rezistor multi-turn R4.
Diagrama prezentată în fig. 7, poate fi utilizat ca într-o linie liniară (funcțiile DA1 ca amplificator de tensiune) și în "Digital" (DA1 este folosit ca comparator). Modurile de funcționare sunt instalate prin rezistențele de tăiere R1 și R2.
Figura 7. Schema de includere a podului magnetic de film subțire al NMS1001 recomandat de Honeywell.
Ohoho, așa că am ajuns modificări pe senzorii Halljoystick-ul tău - Trustmaster Topgun Afterburner II. În ciuda faptului că experiența "Renet" este deja disponibilă, vă voi spune din nou, ce ar trebui să fac :)
În principiu, tot ceea ce va fi discutat mai jos se aplică aproape oricărui joystick, și nu doar experimentului nostru.
Istoria problemei
Dacă cineva este în rezervor, atunci explic: Aproape toate joystick-urile, în special în ultimii ani de eliberare, au fost făcute pe baza rezistoarelor care, în virtutea lor caracteristici constructive Și o utilizare mai activă în joystick a intrat rapid în dezordonare și a gestionat aeronava nu era confortabilă, pur și simplu nu a ascultat de Rus. Apoi a fost inventat să folosească senzorii de hol în loc de rezistențe mecanice. Au apărut modele industriale, dar sunt extrem de mici. Și apoi meșteșugarii populari au devenit propriile mâini pentru a redo senzorii joystick-ului Hall. Iar acești senzori sunt benefice pentru rezistențele mecanice în faptul că nu au părțile cele mai mecanice și nu reușesc din aceleași motive deoarece lucrează pe un câmp magnetic dacă pot fi exprimate.Senzorul Hall Magnetoelectric a primit numele numit E. Hall, fizica americană, care a fost deschisă în 1879 un fenomen galvanizat important. Dacă semiconductorul, conform căruia (de-a lungul) curge curentul, afectează câmpul magnetic, atunci există o diferență transversală de potențiale (Sala EMF). Cu alte cuvinte, senzorul modifică rezistența în funcție de direcția și magnitudinea câmpului magnetic. Acest lucru pe care îl folosim.
Merge
Pentru toate modificările, vom avea nevoie de:
- Două senzori de sala SS495 (A) sau SS496 (a)
- Doi magneți de neodim
- Două mici auto-presare / șuruburi
- Cablare pentru lipire
- Termoklay.
Deci, mai întâi trebuie să pregătească joystick-ul. Trebuie să trageți rezistoarele și să vă tăiați dispozitivele de fixare. Pentru a face acest lucru, deșurubați capacul de presiune al arcului cu Rus (se va mișca liber, va fi mai convenabil să răsuciți totul în mâinile dvs.), deșurubați cele 4 șuruburi de șurub ale întregului bloc, aruncați firele de la rezistoare și trageți rezistențele însele. De asemenea, tăiați locul de fixare a rezistențelor, nu vor mai avea nevoie, pe lângă faptul că vor interfera cu instalarea senzorilor și magneților.
Doar neapărat, înainte de a trece prin firele de la rezistoare, aflați unde au hrană și unde sârmă semnal (O). Am fost ghidat de imaginea din dreapta, sa dovedit a fi credincios. Dar nu puteți avea încredere în el și nu vă puteți verifica: atingem un motor de sondă al firului gol, care este disponibil în cablul de conectare a joystick-ului cu conectorulUSB - aceasta este o locuință, iar cealaltă sondă atinge orice ieșire extremă de rezistori dacă arată +5V sau doar 5 V (Ei bine, poate fi puțin mai puțin), apoi ați găsit un fir de putere și, dacă aproximativ 0V, atunci acesta este contactul carcasei (-). Cel de-al treilea contact rămas al rezistorului și va fi semnal.După ce aflați unde sunt cabluri, este timpul să lipiți senzorii Hall. Vândut firul de semnal la contactul de semnal al senzorului, dar puterea senzorului este puțin diferită. Acele fire că rezistențele de alimentare pot fi tăiate din locurile lor
și utilizați pentru a alimenta senzorul, după ce le-ați vândut la contactele USB + și USB specificate
Acum a venit timpul de verificare. Rulați programul Joytester, conectați joystick-ul la PC și, aducând magneți la senzori, uitați-vă la programul programului. Dacă el reacționează la mișcările dvs. cu magneți în raport cu senzorii, atunci ați suferit totul drept și ei lucrează.
Magneți. Sa întâmplat că nu am avut unități vechi CD / DVD și când am cumpărat, am primit magneți rotunzi, dar nu este înfricoșător. I-am fixat în șuruburi mici (chiar pe fața laterală a pălăriilor), pre-înrădăcinare. A fost necesar să le scurtați, altfel au înșelat prea adânc și au aruncat nodurile în mișcare în mecanismul RUS. Am mușcat de la inutil în șuruburi cu o așezare simplă pe metal, lovind ciocanul pe ele. Puteți lăsa suplimentar termoclauzele în gaura axei, unde veți înșurubați șuruburile, deoarece M-am încurcat acolo. În cazul magneților dreptunghiulari, ei sunt mai bine să se supună pe "planul principal" al pălăriilor și pe runda - la capătul pălăriei (în cazul meu). După înșurubarea șuruburilor, strângeți capacul clemei Rusului de arc până când se oprește astfel încât RUS să devină cel mai vertical posibil.
Aici, de fapt, și asta e! Magneții atârnați, senzorii au fost lipiți, calibrați - puteți în cer! În extrudări, în orice aer similar există o configurare software a axelor, va fi posibilă răsucirea acestora în ceea ce privește situația.
