Гальваномагнітні перетворювачі План Основні гальваномагнітні ефекти Магніторезистивні перетворювачі 1. Основні гальваномагнітні ефекти Гальваномагнітними називаються ефекти, суть яких полягає в зміні фізичних властивостей провідників або напівпровідників при протіканні через них електричного струму і одночасної дії на них магнітного поля. До них належить ефект Холла, магніторезистивний ефект (ефект Гаусса), ефект Нериста та інші. Суть ефекту Холла полягає у виникненні поперечної різниці потенціалів (ЕРС Холла) під дією електричного струму, що проходить через гальваномагнітний елемент та перпендикулярного до нього магнітного потоку. Магніторезистивний ефект проявляється в зміні електричного опору провідника під дією магнітного поля. Гальваномагнітні ефекти найсильніше виражені в напівпровідниках із суто електронною або суто дірковою провідністю (германій, кремній, вісмут, арсенід індію, арсеніт галію, селенід ртуті, арсенід кадмію та інші), з яких і виготовляються гальваномагнітні перетворювачі.
Рис. 1 - До пояснення ефекту Холла Суть гальваномагнітного ефекту Холла можна пояснити так. Якщо через відносно довгу пластину l>>b), виконану з напівпровідника, наприклад, з n-провідністю, поміщену в магнітне поле (рис.1), пропустити в напрямі осі X електричний струм І, то на кожний електрон, що рухається всередині пластини, діє сила Лоренца. Якщо вектор індукції В нормальний до площини пластини, тобто спрямований вздовж осі Z, сила Лоренца дорівнює
де ео - заряд електрона, v -середня швидкість руху носіїв заряду в напрямку лінії струму. Під дією цієї сили електрони будуть відхилятися до однієї із поздовжніх граней пластини, внаслідок чого їх концентрація збільшиться, а на протилежній грані - зменшиться. Це приведе до просторового розподілу зарядів і до появи деякої різниці потенціалів між гранями і, відповідно, до виникнення поперечної складової напруженості Еу електричного поля, що називається напруженістю Холла. 2. Магніторезистивні перетворювачі Для виготовлення магніторезистивних перетворювачів напруженості та індукції магнітного поля використовуються напівпровідники з високою рухливістю носіїв струму, зокрема антимонід індію, арсенід індію, евтектичні сплави антимоніду індію та антимоніду нікеля, а також телурид і селенід ртуті та інші напівпровідникові сплави. Основними характеристиками магніторезистивних перетворювачів є електричний опір R0 при відсутності магнітного поля, функція перетворення, тобто залежність опору від значення магнітної індукції, а також температурний коефіцієнт опору. Магніторезистивні перетворювальні елементи можуть виготовлятися у вигляді прямокутників, кілець або, з метою збільшення опору, у вигляді меандра. Виготовляють їх так. На ізоляційну підкладку 1 (рис. 2) приклеюють або закріплюють іншим способом напівпровідникову смужку 2 товщиною 15...30 мкм. Методом фототравлення магніторезистору надається необхідна форма, після чого наносять контакти і перевіряють його параметри.
Рис. 2 – Зовнішній вигляд магніторезистора Як і для інших напівпровідникових перетворювачів, для магніторезисторів характерна значна температурна нестабільність опору. Магніторезистори мають помітну частотну залежність, яка, своєю чергою, залежить від форми магніторезистора.. Важливим параметром магніторезистивних перетворювачів магнітного поля є допустиме значення вимірювального струму Ідоп, що лімітується допустимим перегріванням перетворювача. Загалом Ідоп є складною функцією властивостей матеріалу чутливого елемента магніторезистивного перетворювача, його геометричних розмірів, індукції і визначається звичайно експериментально. Максимальне допустиме значення вимірювального струму потрібно вибирати в межах лінійної ділянки характеристики при максимальних значеннях магнітної індукції. Магніторезистори, як і перетворювачі Холла, можуть безносередньо застосовуватися для вимірювального перетворення індукції магнітного поля в напругу. Оскільки магніторезистор є пасивним перетворювальним елементом, то його необхідно вмикати в електричне коло, яке забезпечує протікання через нього електричного струму. Найчастіше магніторезистори вмикаються в мостові кола. При цьому; живлення мостового кола може бути здійсненим у режимах заданого струму, заданої напруги або заданої потужності. Від виду заданого режиму роботи мостової схеми залежить характер її функцій перетворення, тобто залежність і чутливість схеми. Залежно від вимірювального кола, в якому увімкнений магніторезистивнвй перетворювач, зміна вихідної напруги буде різною функцією перетворюваної індукції.
Рис. 3 – Вимірювальні кола магніторезистивних перетворювачів При відсутності магнітного поля, коли RВ=Ro, вихідна напруга мостового кола дорівнюватиме 0. Література Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: Підручник. – Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”,2000. – 360с.(ст. 175 - 188)
