В выходном встречно- штыревом преобразователе (ВШП), к которому подключена нагрузка, возникает электрический сигнал

Основные параметры преобразователей на ПАВ – вносимое затухание, входное и выходное сопротивление, полоса пропускания частот. Все эти параметры зависят от размеров и формы ВШП. Для каждой частоты наиболее эффективное преобразование получается при определенных размерах ВШП. Число штырей ВШП определяет относительную полосу пропускаемых частот. Самая широкая полоса пропускания наблюдается при ВШП с двумя штырями. Чем больше штырей имеет ВШП, тем уже полоса пропускания устройства.

Приведем некоторые конкретные данные. Линии задержки обычно вносят затухание 0,5-1,5 дБ. Верхняя частота, на которой работают такие линии, достигает 2 ГГц. Относительная полоса пропускания (отношение ширины полосы пропускания к ее центральной частоте) может быть различной:от долей процента до 100%. Длительность –задержки в зависимости от расстояния между ВШП и от конструкции составляет единицы – сотни микросекунд. Задержка может быть фиксируемой или регулируемой. На торцы звукопровода обычно наносят звукопоглощающие покрытия, чтобы уменьшить отражение волн. Для увеличения времени задержки путь волны делают в виде спирали или ломаной, либо соединяют последовательно несколько линий задержки.

Полосовые фильтры на ПАВ – это линии задержки с частотно – селективными свойствами. Особое значение имеют узкополосные фильтры, относительная ширина полосы пропускания которых составляет 0,01- 1%. Размеры электродов у фильтров, работающих в частотной области 1-2 ГГц, достигают единиц микрометров. Подобные микрофильтры изготавливаются методами фото-, рентгеновской или электронно- лучевой литографии.

11.3	Хемотроника

Среди нетвердотельной электроники следует выделить такое направление, как хемотронику. Хемотроника, называемая иногда ионикой, основана на достижениях электрохимии и электроники. Содержание хемотроники – теория и практика электрохимических преобразователей для новых типов управляющих, информационных, вычислительных и измерительных устройств.

Первыми электрохимическими приборами явились гальванические элементы и аккумуляторы, а также электролитические конденсаторы. В начале развития хемотроники были созданы приборы, являющиеся аналогами диодов и триодов, но в них подвижными носителями заряда являлись ионы в жидких электролитах, а не электроны. На основе этих приборов удалось осуществить выпрямление и усиление. Поскольку масса ионов во много раз больше, а подвижность во много раз меньше, чем масса и подвижность электронов, приборы хемотроники весьма инерционны и пригодны только для очень низких частот. В этом состоит их существенный недостаток. Но в некоторых устройствах автоматики процессы протекают медленно, и в этих случаях «низкочастотность» приборов хемотроники не имеет значения. Преимущества данных приборов по сравнению с электровакуумными и полупроводниковыми приборами:

· многофункциональность, поскольку в жидкостях могут протекать различные физико- химические процессы;

· в этих приборах можно сравнительно легко перестраивать внутреннюю структуру, т.е. осуществлять внутреннее управление;

· высокая устойчивость вместе с возможностью внутренней перестройки.

Как правило, хемотронные приборы имеют герметичный корпус, в котором находятся электролит и электроды, Материалы электродов и корпуса не должны вступать в химическое взаимодействие с электролитом.

Значительная часть приборов хемотроники – это концентрационные электрохимические преобразователи (преобразователи диффузионного типа). Их работа основана на изменении концентрации активных компонентов электролита. Эти компоненты содержатся в электролите в двух видах: окисленном и восстановленном. Кроме того, в электролите имеется еще и пассивный (индифферентный) компонент, не участвующий в химических реакциях, а лишь увеличивающий проводимость электролита.

Распределение активных компонентов зависит от нескольких процессов, протекающих в электролите. Диффузия- распространение ионов вследствие разности концентраций. Конвекция – перемещение самого раствора за счет разности плотности. Миграция- перемещение ионов под действием электрического поля, созданного разностью потенциалов на электродах. Главную роль играет диффузия.

Простейший электрохимический прибор – симметричная плоская электрохимическая ячейка, отличительной особенностью которой является наличие одинаковой площади электродов из одного и того же материала. Вольтамперная характеристика такой ячейки также симметрична. У несимметричной ячейки площади электродов различны, и вольтамперная характеристика также несимметрична, следовательно, такая ячейка обладает выпрямляющими свойствами. Можно получить выпрямляющий эффект и при одинаковой площади электродов, если разделить весь объем электролита на две неравные части с помощью диффузионного барьера, которым может быть пористая или сплошная перегородка с тонкой щелью или капилляром, соединяющим отсеки.

В отличие от полупроводниковых, электрохимические диоды работают уже при очень низких напряжениях, могут быть очень малых размеров, обладают низким уровнем собственных шумов, просты в изготовлении, дешевы и имеют высокую надежность. Пригодны для низких и инфранизких частот.

Хемотронные диоды с диффузионным барьером могут применяться в качестве интеграторов тока, т.е. счетчиков количества электричества. При протекании тока изменяется концентрация компонентов электролита и его цвет. Поэтому возможно визуальное определение количества электричества, но погрешность составит не менее 10%. Если в диод ввести дополнительный электрод, то можно количество электричества определить по току в цепи дополнительного электрода.

В электрохимических датчиках давления имеется три или четыре электрода, и часть корпуса делается в виде гибкой мембраны. Внешнее давление передается через мембрану на электролит, который приходит в движение, и тогда на один из электродов попадает больше ионов. Ток этого электрода возрастает, и по нему можно судить о давлении. Такие датчики применяются только для измерения переменного давления. Подобно такому датчику работают электрохимические микрофоны, в частности, применяемые для подводной акустической связи и называемые гидрофонами.

Большую группу приборов хемотроники составляют электрохимические преобразователи. Они основаны на использовании электрокинетического движения. Это движение под действием электрического поля частиц жидкого вещества, заряженных положительно и отрицательно. Как уже указывалось, движение ионов под действием поля называется миграцией. Движение в электрическом поле более крупных частиц, чем ионы, называется электрофорезом. Движение жидкости через пористую перегородку или капилляр под действием поля носит называние электроосмоса. Работа электрохимического прибора на основе электрофореза или электроосмоса носит называние насосного режима. Но возможен и другой – генераторный режим. Он состоит в том, что под действием давления жидкость проходит через пористую перегородку и тогда между противоположными сторонами перегородки возникает разность потенциалов.

Принцип работы электрокинетического прибора в генераторном режиме пояснен на рис.11.2. Пористая перегородка 1, на которой с двух сторон имеются электроды 2 и 7 в виде металлических сеток, делит прибор на две камеры 3 и 6, заполненные электролитом. Внешнее давление может быть передано на электролит через гибкие мембраны 4 и 5. Давление на одну из мембран вызывает проталкивание жидкости через пористую перегородку, и тогда на электродах появляется разность потенциалов. Подобный прибор служит для измерения переменного давления, и на его основе могут быть построены электрокинетические микрофоны, гидрофоны, виброметры, т.е. приборы для измерения переменных перемещений (вибраций), акселерометры – приборы для измерения ускорений. Диапазон рабочих частот у подобных приборов может быть от 0,1 до 100000 Гц.

Интересны электрохимические приборы для накопления электрического заряда, называемые иониксами, или ионисторами. Они эквивалентны конденсаторам сверхбольшой емкости. Устройство ионикса показано на рис. 11.3.

Серебряный и угольный электроды разделены твердым электролитом, в качестве которого используется рубидий – йодид серебра или сульфид- йодид серебра. При пропускании тока на поверхности угольного электрода, являющегося анодом, образуется двойной электрический слой, аналогичный системе двух разноименных зарядов в конденсаторе. Удельная емкость у иониксов может достигать 10 Ф/ см³, т.е. на три порядка выше, чем у оксидных (электролитических) конденсаторов. Удельное сопротивление утечки у них очень велико (до 10¹⁰ Омсм). Поэтому иониксы могут сохранять заряд один – два года с уменьшением его всего лишь на 3-5 %. Недостаток иониксов – очень низкое рабочее напряжение, не более 0,5 В. Кроме того, это инфранизкочастотные приборы, так как уже при частоте 20 Гц их емкость уменьшается в 100 раз. Рабочие температуры у них от –60 до 175 ^о С. Для более высоких напряжений иониксы соединяют последовательно. Например, для получения емкости 5Ф при рабочем напряжении 5В надо соединить последовательно 10 иониксов емкостью по 50 Ф. Такая батарея иониксов может использоваться, как источник тока, и давать, например, ток 1мА в течение 5000 с при снижении напряжения с 5 до 4 В.

Особую группу представляют визуальные электрохимические индикаторы. В простейшем случае они имеют два электрода в электролите, находящемся в небольшом стеклянном баллончике. Электролит применяют такой, чтобы он изменял свой цвет при подаче напряжения на электроды. Подаваемое напряжение может быть постоянным, или переменным, или импульсным. Важно, что оно может быть низким. На основе таких индикаторов созданы матричные индикаторные панели. В них имеются две взаимно перпендикулярные системы электродов – каждая в виде параллельно расположенных металлических полос. Подача напряжения на ту или иную пару электродов (полос) вызывает изменение цвета электролита.

Основные достоинства электрохимических индикаторов: низкий уровень управляющих сигналов и малая потребляемая мощность (от сотен милливатт до сотен –микроватт); большой динамический диапазон – до 80 дБ; большой срок службы (десятки тысяч часов); возможность работы на низких и инфранизких частотах.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. В.Л. Бонч- Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. М., 1977.

2. Ю.М. Поплавко. Физика диэлектриков. Киев,1980.

3. Г. Шульце. Металлофизика.М., 1971.

4. Дж. Блейкмор. Физика твердого тела. М., 1988.

5. С. Зи Физика полупроводниковых приборов. М., 1984.

6. К.С. Ржевкин. Физические принципы действия полупроводниковых приборов. М., 1986.

7. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках. М., 1973.

8. К.В. Шалимова. Физика полупроводников. М., 1976.

9. П.С. Киреев. Физика полупроводников. М., 1969.

10.Р. Смит. Полупроводники. М., 1982.

Дата добавления: 2014-01-07