9zip.ru - технологии для людей
9zip.ru Инструкции Бесконтактные потенциометры

Принцип действия бесконтактных потенциометров (БП) основан на изменении сопротивления РЭ, выполненного из полупроводникового материала под действием магнитного поля или электромагнитного излучения. Бесконтактные потенциометры по сравнению с обычными имеют ряд преимуществ, связанных с отсутствием подвижной контактной системы: низкий уровень шумов, возникающих в процессе регулирования, высокую надежность, разрешающую способность, скорость регулирования выходного сигнала.

Входные и выходные цепи БП электрически развязаны и не оказывают в процессе работы влияние друг на друга. Специфические свойства БП делают возможным их применение в автоматическом регулировании, измерительной аппаратуре, особенно там, где требуются низкий уровень шумов, высокая надежность и скорость изменения сопротивления, например в прецизионном сервоприводе, в гироскопических устройствах, как высокочувствительные датчики малых перемещений для регулирования громкости и тембра в высококачественной радиоаппаратуре. Бесконтактные потенциометры являются новым классом приборов; следует, однако, отметить, что по ряду параметров они уступают обычным потенциометрам: их ТКС выше, а диапазон регулирования сопротивления ниже. В ряде случаев они нуждаются в дополнительных устройствах (источниках питания, согласующих усилителях).

Бесконтактные потенциометры с магнитным управлением. Изменение сопротивления в полупроводниковом материале (магниторезистивный эффект) основано на взаимодействии носителей заряда с магнитным полем. На носители заряда действует сила Лоренца, влияющая на процессы электропроводности.

Сила Лоренца максимальна, когда векторы напряженности электрического поля и индукции взаимно перпендикулярны. Без магнитного поля носитель заряда движется прямолинейно под действием электрического поля и между двумя столкновениями с атомами кристаллической решетки проходит путь, равный длине свободного пробега. В магнитном поле носители заряда отклоняются под действием силы Лоренца; траетории представляют кривые, наклоненные в среднем под углом к направлению напряженности электрического поля. Угол называется углом Холла.

Эффективная длина пробега носителей заряда в направлении напряженности электрического поля в связи с этим уменьшается. Подвижность носителей заряда пропорциональна среднему пути, пройденному ими между столкновениями в направлении электрического поля, следовательно, удельное сопротивление увеличивается под действием магнитного поля.

Рассмотренное движение носителей заряда относится к неограниченному полупроводниковому РЭ, в ограниченном РЭ возникает поле Холла, компенсирующее действие магнитного поля, вследствие чего изменение удельного сопротивления уменьшается. Поле Холла зависит от отношения длины РЭ к ширине: с уменьшением этого отношения оно уменьшается. Изменение сопротивления РЭ связано с граничными условиями на участках, примыкающих к контактам. Поверхность контактов эквипотенциальна, и вектор плотности тока, протекающего в РЭ, перпендикулярен к ним. Внутри РЭ ток протекает под углом к плоскости контактов, причем чем больше он отличается от прямого угла, тем больше изменение сопротивления РЭ. При уменьшении расстояния между контактами и увеличении ширины РЭ компенсирующее действие поля Холла уменьшается. Теоретически максимальным изменением сопротивления обладает РЭ дискообразной формы с концентрическими контактами — диск Корбино. В нем один контакт расположен в центре диска, а другой - на его периферии. В таком РЭ ток протекает в радиальном направлении и разность потенциалов Холла не возникает.

Основным требованием, предъявляемым к полупроводниковым материалам, используемым для изготовления РЭ бесконтактных потенциометров, является получение значительного изменения сопротивления в магнитном поле при удовлетворительном температурном коэффициенте сопротивления. В настоящее время для
изготовления магниторезисторов в основном используются антимонид индия и эвтектический сплав антимонид индия — антимонид никеля (InSb—NiSb). Для увеличения изменения сопротивления в магнитном поле на РЭ, выполненных из InSb, наносится растр из проводящих полосок, замыкающих поле Холла.

Кроме использования однородного антимонида индия с нанесенным на поверхность растром, имеется и другая возможность увеличения эффекта магнитосо-противления. Она заключается в том, что исходный кристалл выращивают так, что он содержит внутри себя множество параллельных игольчатых включений, замыкающих напряжение Холла. Таким материалом является эвтектический сплав антимонид индия — антимонид никеля. При направленной кристаллизации или зонной плавке InSb с добавкой 1,8% NiSb образуется эвтектика, в которой соединение выкристаллизовывается в виде игл длиной около 50 мкм и диаметром менее 1 мкм, ориентированных в направлении роста кристалла.

Удельное сопротивление антимонида никеля составляет примерно 1,4-10^-7 Ом*м, что по крайней мере на два порядка меньше удельного сопротивления слаболегированного антимонида индия п-типа. Если из такого двухфазного материала вырезать РЭ так, чтобы игольчатые включения были перпендикулярны векторам магнитной индукции и напряженности электрического поля, то последние замкнут напряжение Холла, возникающее на боковых сторонах РЭ. Включения NiSb практически не изменяют удельного сопротивления InSb; подвижность носителей заряда в эвтектическом сплаве несколько ниже, чем в исходном материале.

Выбор удельного сопротивления полупроводникового материала обусловливается зависимостью магниторезистивного отношения от степени легирования. При увеличении степени легирования в InSb подвижность носителей заряда уменьшается, следовательно, уменьшается и изменение сопротивления в магнитном поле. В то же время уменьшается и ТКС РЭ.

Следует также отметить, что при повышении уровня легирования вследствие высокой проводимости антимонида индия ухудшается закорачивание напряжения Холла с помощью поверхностного растра из металлических полосок или с помощью внутренних иглообразных включений. Таким образом, выбор удельного сопротивления полупроводникового материала связан с компромиссом между диапазоном регулирования (изменением сопротивления образца в магнитном поле) и ТКС.

Резистивные элементы бесконтактных потенциометров с магнитным управлением изготавливают следующим образом. Слиток InSb—NiSb, ориентированный так, чтобы включения NiSb были перпендикулярны индукции магнитного поля и напряженности электрического поля, разрезают на пластины. Пластины шлифуются, травятся, приклеиваются на керамические или пермаллоевые подложки. Затем операции шлифовки, травления повторяются для второй стороны пластины. С помощью фотолитографии и глубокого травления формируются РЭ требуемой формы. На одной подложке формируются десятки отдельных РЭ.

С помощью этой операции легко варьировать величину сопротивления РЭ, изменяя длину, ширину или выполняя его в виде меандра. Это позволяет получать РЭ в диапазоне от долей ома до сотен ом. Далее на РЭ наносятся омические контакты, материалом контактов обычно служит индий либо серебро. После скрайбирования пластины к каждому РЭ с помощью пайки или термокомпрессии присоединяются выводы. Для защиты от внешних воздействий РЭ покрываются защитным компаундом. При изготовлении РЭ на основе InSb необходимо дополнительно с помощью фотолитографии наносить растр из проводящих полосок, замыкающих напряжение Холла.

Конструирование БП с магнитным управлением можно разбить на две задачи: конструирование магнитной системы, обеспечивающей максимальное возможное поле в рабочем зазоре, где помещен РЭ, а следовательно, и диапазон регулирования его сопротивления, и конструирование подвижной части магнитной системы так, чтобы получить заданную ФХ.

В свою очередь конструирование магнитной системы можно расчленить на выбор конфигурации магнитной системы, выбор материалов постоянного магнита и магнитопроводов и оптимизацию ее геометрических размеров.

31.12.2016 © 9zip.ru
Авторские права охраняет Роскомнадзор

Понравилась статья? Похвастайся друзьям:

Хочешь почитать ещё про инструкции? Вот что наиболее популярно на этой неделе:
Изготовление прокладок из силикона
Советы по доработкам усилителя Амфитон
Преобразователи напряжения на микросхеме NE555
Штрилиц одобряет.

Есть вопросы, комментарии? Напиши:

Имя
Комментарий
Длина текста:
число с картинки
Правила прочитал(а)

Дальше в разделе инструкции: Шумы в прецизионных резисторах, шумы в резисторах — это случайные колебания разности потенциалов или тока, возникающие на его выводах вследствие флуктуаций объемной концентрации носителей в рэ, флуктуаций условий контактирования частиц проводящего материала и контактных узлов.

Главная 9zip.ru База знаний радиолюбителя Контакты
Девять кучек хлама:

Радиотехника, электроника и схемы своими руками Ремонт домашней электроники Виртуальный музей старых радиодеталей XX века Ламповый звук hi-end и ретро электроника Катушки Теслы Радиодетали и модули с Aliexpress Интернет и сети, компьютеры и программы Сотовые операторы Инструкции


Дайджест
радиосхем

Новые схемы интернета - в одном месте!