Informations- und Kommunikationstechnik

MDR - Magnetfeldabhängiger Widerstand

Der Widerstandswert eines elektrischen Leiters nimmt proportional mit der Leiterlänge zu. Er würde bei konstanter Länge auch dann zunehmen, wenn man den Weg verlängert, den die Elektronen durch den Leiter nehmen. Bewegte Ladungsträger, hier die Elektronen, lassen sich durch senkrecht zur Stromrichtung stehende Magnetfelder ablenken. Sie können daher die Wegstrecke für die Elektronen verlängern. Durch ein senkrecht zur Stromrichtung einwirkendes äußeres Magnetfeld nimmt dann der Widerstandswert des Leiters zu.

Innere Struktur einer MDR-Platte

Ein vom Magnetfeld abhängiger Widerstand wird Feldplatte oder MDR Magnetic Dependent Resistor) genannt. Auf einer Keramikplatte ist mäanderförmig eine dünne Halbleiterschicht aus Indiumantimonid, InSb aufgebracht. Eingebettet in den Halbleiter sind nadelförmige leitende Bereiche aus metallischem Nickelantimonid, NiSb. Die Nadeln sind parallel zu den Anschlusskanten der Feldplatte ausgerichtet.

Liegt elektrische Spannung an der Feldplatte an, so fließt ein vom Bahnwiderstand abhängiger geradliniger Strom. Die parallel zur Stromrichtung ausgerichteten Metallnadeln haben keinen Einfluss auf den Strom. Der Bahnwiderstandswert ohne Magnetfeldeinwirkung ist relativ gering und liegt zwischen 10 ... 1000 Ω.

Wirkt auf die Feldplatte ein zur Stromrichtung senkrecht stehendes Magnetfeld mit der Feldliniendichte B ein, so werden die Elektronen infolge der Lorentzkraft seitlich ausgelenkt. Der Ablenkwinkel wird Hallwinkel genannt und beträgt für Indiumantimonid bei einer Induktion von 1 Tesla rund 80°.

Innerhalb des Halbleitermaterials treffen die abgelenkten Ladungsträger immer wieder auf metallisch leitende Nadeln. Sie wirken wie ein Kurzschluss auf den die Ablenkung keinen Einfluss hat. Der Weg der Elektronen gleicht dadurch einer Zickzack-Bahn. Die Bahnverlängerung macht sich nach außen hin als erhöhter Widerstandswert bemerkbar. Die Widerstandsänderung ist von der Magnetfeldrichtung unabhängig und kann bis auf das Zwanzigfache zunehmen.

Strombahnen durch eine MDR-Platte
MDR-Kennliniendiagramm

Feldplatten werden aus undotierten und verschieden stark mit Tellur dotierten Halbleitermaterialien hergestellt. Das undotierte Material hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, der mit zunehmender Dotierung positiver wird. Die Temperaturabhängigkeit der Widerstandswerte kann nicht vernachlässigt werden, zumal innerhalb größerer Temperaturbereiche der Temperaturbeiwert keine Konstante ist. Das Diagramm zeigt das relative Widerstandsverhalten dotierter und nicht dotierter Feldplatten als Funktion der magnetischen Induktion. Bei kleinen Induktionswerten bis 0,3 T entspricht der Kurvenverlauf annähernd einer quadratischen Funktion. Bei höheren Induktionswerten wird der Verlauf linearer.

Feldplatten werden als Querfeld- und Längsfeldsonden hergestellt. Bei Letzteren ist die Orientierung der metallischen Nadeln um 90° gedreht. Mit beiden lassen sich Magnetfelder messen. Sie werden als steuerbare Widerstände eingesetzt und finden in kontaktlosen Signalgebern Verwendung. Mit ihnen lassen sich magnetfeldgesteuerte prellfreie Tasten und Relais herstellen. Feldplattenrelais arbeiten schneller als mechanische Relais. Mit Feldplattensteuerung kann eine gute und einfache galvanische Trennung zwischen Steuer- und Laststromkreis erreicht werden.