Білоконь Наталія Леонідівна. Частотні перетворювачі тиску на основі транзисторних структур з від'ємним опором

Краткое описание

Білоконь Наталія Леонідівна. Частотні перетворювачі тиску на основі транзисторних структур з від'ємним опором: дис... канд. техн. наук: 05.13.05 / Вінницький національний технічний ун-т. - Вінниця, 2004

Білоконь Н.Л. Частотні перетворювачі тиску на основі транзисторних структур з від’ємним опором. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2004.
Дисертаційна робота присвячена розробці нового класу частотних перетворювачів тиску на основі транзисторних структур з від’ємним опором, принцип роботи яких базується на використанні функціональної залежності реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором від впливу тиску, що надає можливість створення промислових зразків економічних частотних перетворювачів тиску для потреб сучасної інформаційно-вимірювальної техніки.
У дисертаційній роботі розроблені теоретичні підходи до створення частотних перетворювачів тиску з частотним виходом на основі біполярних та МДН-транзисторних структур з від’ємним опором. Вперше розроблені математичні моделі частотних перетворювачів тиску, в яких на відміну від існуючих, врахований вплив тиску на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів на основі біполярних і МДН-транзисторних структур з від’ємним опором, що дало можливість визначити залежності активної і реактивної складових повного опору, функції перетворення тиску в частоту та рівняння чутливості від тиску та доведено, що ці залежності є суттєвими для створення нового класу частотних перетворювачів тиску з покращеними метрологічними та економічними показниками. Розроблено пакет прикладних програм для моделювання та розрахунків електричних параметрів та характеристик розроблених частотних перетворювачів тиску.

У дисертаційній роботі в науковому аспекті розроблені математичні моделі економічних частотних перетворювачів тиску на основі транзисторних структур з від’ємним опором з застосуванням нелінійних еквівалентних схем, що дозволило отримати вольт-амперні характеристики, функції перетворення і рівняння чутливості розроблених приладів.
В інженерно-технічному аспекті визначений новий клас частотних перетворювачів тиску на основі реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором, які працюють в широкому діапазоні частот від 103Гц до 107Гц.
Отримано наступні основні наукові та практичні результати:
1. Вдосконалена фізико-математична модель деформаційних ефектів в напівпровідниковому матеріалі кремнії, що є підставою для аналітичного визначення впливу тиску на чутливі напівпровідникові прилади, зокрема, на біполярні та МДН-транзистори.
2. Вперше розроблені математичні моделі тензочутливих біполярних та МДН-транзисторів, які відрізняються від існуючих тим, що в них враховані залежності їх електричних параметрів та характеристик від тиску, що лягло в основу розробки автогенераторних вимірювальних перетворювачів тиску.
3. Вперше розроблені математичні моделі частотних перетворювачів тиску на основі транзисторних структур з від’ємним опором, які відрізняються тим, що в них враховано вплив тиску на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів, що дало змогу отримати функції перетворення тиску в частоту та визначити рівняння чутливості.
4. Вперше отримані аналітичні вирази для розрахунку деформаційних ефектів в тензочутливих біполярному та МДН-транзисторах, що дало можливість розрахувати залежність їх електричних параметрів від дії тиску.
5. Вперше отримані аналітичні вирази для визначення функцій перетворення, рівняння чутливості частотних перетворювачів тиску на основі транзисторних структур з від’ємним опором.
6. Розроблені конструкції частотних перетворювачів тиску на основі тензочутливих біполярних та МДН-транзисторних структур, в яких використовується ємнісний характер реактивної складової їх повного опору, що дозволяє реалізувати перетворювачі за стандартною груповою інтегральною технологією у вигляді автогенераторних перетворювачів тиску з вихідним частотним сигналом.
7. Розроблені частотні перетворювачі тиску на основі тензочутливої МДН-транзисторної структури з від’ємним опором, які мають чутливість 2,53 1,9 кГц/105Па в діапазоні тисків 1*105 12*105Па; на основі напівпровідникової структури, що містить тензочутливі біполярний та МДН-транзистори, з чутливістю 4,3 2,3 кГц/105Па в діапазоні тисків 1*105 12*105Па; на основі тензочутливої біполярної транзисторної структури з чутливістю 5,3 3,0 кГц/105Па в діапазоні тисків 1*105 12*105Па.
8. Розроблено пакет прикладних програм в математичному середовищі пакету Matlab 5.2” для моделювання електричних параметрів та характеристик перетворювачів тиску на основі біполярних та МДН-транзисторних структур.
9. Розроблено систему контролю експлуатаційних показників кондиціонеру медичної барокамери для вимірювання температури та тиску на основі застосування розроблених економічних частотних перетворювачів тиску та мікроконтролеру. Сумарна похибка системи контролю становить 1,305 %. Аналіз проведених теоретичних та експериментальних досліджень показав, що математичні моделі описують поведінку перетворювачів з похибкою5 %.