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Messung von Magnetfeldern

Feldplatte

Die Feldplatte ist ein magnetoresistiver Sensor. Das heißt, die Feldplatte ändert mit Anlegen eines Magnetfeldes ihren elektrischen Widerstand. Das kommt dadurch zustande, dass die elektrischen Feldlinien durch das Magnetfeld abgelenkt werden (Lorentz-Kraft) und sich dadurch verlängern. Da der elektrische Widerstand eines Leiters (R) von seiner Länge (l) abhängig ist, vergrößert sich dieser mit zunehmender Länge der elektrischen Feldlinien:

R = ρ l A

Hierbei ist ρ der spezifischer Widerstand oder auch Resistivität ( ρ = R A l ).

Der Effekt kommt besonders zum Tragen, wenn das Verhältnis von Leiterquerschnitt zu Leiterlänge groß ist, das heißt, die Breite sollte groß gegenüber der Länge der Platte sein. Für die Herstellung von Feldplatten kommen Materialien mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit (z.B. InSb oder InAs) in Frage. Durch Hintereinanderschalten (in Serie) vieler solcher Platten vergrößert man den Effekt. Die Feldplatte wird, anders als bei dem Hall-Element, nur zweipolig angeschlossen:

Abb.1
Aufbau der Feldplatte

Die größte Widerstandsänderung erreicht man, wenn das Magnetfeld senkrecht auf der Plattenfläche steht. Ist dies der Fall, so ist die Widerstandsänderung unabhängig von der Richtung des Magnetfeldes. Um die Leiterlänge zu verlängern, wird das Halbleitermaterial mäanderförmig auf eine Keramikunterlage aufgebracht.

Feldplatten haben eine größere Empfindlichkeit als Hall-Elemente und die Messung ist frequenzunabhängig. Ihre Temperaturabhängigkeit kann jedoch gut über eine Wheatstone'sche Brücke kompensiert werden. Dadurch erreicht man einen größeren Betriebstemperaturbereich als bei Hall-Elementen. Mit Feldplatten lassen sich, genauso wie mit den Hall-Elementen, Wechsel- und Gleich-Magnetfelder, Ströme, Position, Winkel, Drehgeschwindigkeiten usw. bestimmen.

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