Akustoelektronika va magnitoelektronika asboblari

1.15. Akustoelektronika va magnitoelektronika asboblari
Akustoelektronika - funksional mikroelektronikaning p’yezoelektrik effektdan foydalanishga asoslangan bo‘limi bo‘lib, p’ezoelektrik yarimo‘tkazgich materialidagi elektr maydonlarining akustik kuchlanish to‘lqinlari bilan o‘zaro ta'siriga asoslanadi. Asosan, akustoelektronika akustik signallarni elektr signallariga va elektr signallarini akustik signallarga aylantirish jarayonlarini o‘z ichiga oladi.
1.21- rasmda kremniy dioksidining 3 molekulasidan tashkil topgan kvarts elementar yacheykasining tuzilishi ko‘rsatilgan. Deformatsiya bo‘lmasa, musbat va manfiy ionlarning og'irlik markazi bir xil bo‘ladi (ortiqcha kremniy ionlarini, minus kislorodni bildiradi). Kristalning vertikal yo‘nalishda siqilishi (1.32-rasm, b) musbat ionlarning pastga va manfiylarni yuqoriga siljishiga olib keladi. Shunga ko‘ra, tashqi elektrodlarda potensial farq paydo bo‘ladi.
1.32- rasm. Kvarts elementar yacheykasining tuzilishi (a),siqilishi natijasida piezoelektrik effekt hosil bo‘lish jarayoni (b)
Akustoelektron asboblarning ishlashi elektr signalni ultratovush to‘lqinlarga, uni tovush o‘tkazuvchi orqali tarqalishiga va keyinchalik chiqish elektr signalga o‘zgartirilishiga asoslanadi. Shunday qilib, bunday asboblarda kirish bilan chiqish orasida axborot tashuvchi bo‘lib ultratovush (akustik) signal deb ataluvchi dinamik bir jinslimaslik xizmat qiladi. U 10 Gs chastotali tebranishlardan iborat bo‘lib, qattiq jismda 1,5 - 5,5 km/s tovush tezligida tarqaladi. Akustik to‘lqin tezligi elektromagnit tebranishlar tarqalish tezligiga nisbatan 5 tartibga kichikligi ko‘rinib turibdi. Shuning uchun ushbu xususiyatdan birinchi navbatda kichik o‘lchamli kechiktirish liniyalarini ishlab chiqishda foydalanildi. Akustoelektron asboblar mikroelektronikada qo‘llaniladigan usullar bilan hosil qilinishi va IMSlarga o‘xshashligi bilan e’tiborga loyiq. Ultratovush to‘lqinlar pezoaktiv materiallarda (pezoelektriklarda) hosil qilinishi mumkin. Shuning uchun ushbu sinf asboblar uchun ishchi muhit sifatida pezoeffekt juda yaqqol namoyon bo‘ladigan dielektrik va yarimo‘tkazgich kristallar xizmat qiladi. To‘g‘ri pezoeffekt deb mexanik kuchlanish natijasida pezoelektrikning qutblanish hodisasiga aytiladi (1.33, a - rasm). Qutblanish natijasida pezoelektrikning qarama - qarshi tomonlarida pezo - EYuK deb ataluvchi potensiallar farqi hosil bo‘ladi. Teskari pezoeffekt deb berilgan tashqi kuchlanish ta’sirida jismning geometrik o‘lchamlari o‘zgarishiga aytiladi (1.33, b - rasm). Rasmda jismning deformatsiyadan keyingi o‘lchamlari punktir chiziq bilan ko‘rsatilgan.
1.33 - rasm. To‘g‘ri (a) va teskari (b) pezoeffekt.
Kuchlanish berilgan joyda elektr maydon kuchlanganligi yo‘nalishiga bog‘liq holda pezoelektrik siqiladi yoki kengayadi. Natijada, tovush o‘tkazuvchi deb ataladigan, kristal plastinada ko‘ndalang yoki bo‘ylama akustik ultratovush chastotasi berilgan kuchlanish chastotasiga teng bo‘ladi. Pezoelektrik ma’lum xususiy mexanik tebranishlar chastotasiga ega bo‘lgani sababli, tashqi EYuK chastotasi bilan plastina xususiy tebranishlar chastotasi bir - biriga teng bo‘lganda (rezonans hodisasi) plastinaning tebranishlari amplitudasi eng katta qiymatga ega bo‘ladi. Akustoelektronika asboblarida chastotasi 1 -10 GGS bo‘lgan, kvars, litiy niobiti va tantalati hamda CdS, ZnS, ZnO, GaAs, InSb va boshqa yupqa yarimo‘tkazgich qatlamlarda generatsiyalanadigan ultratovush to‘lqinlar ishlatiladi. Ushbu diapazondagi hajmiy va sirt akustik to‘lqinlar (SAT) ishlatiladi. SATlarda ishlaydigan akustoelektron asboblar keng tarqalgan. Ularga kechiktirish liniyalari, polosali filtrlar, rezonatorlar, turli datchiklar va shunga o‘xshashlar kiradi. Bu asboblarda elektr signallarni akustik signalga va aksincha o‘zgartirish maxsus o‘zgartirgichlar yordamida amalga oshadi. SATlar o‘zgartgichlarining yetti turi mavjud bo‘lib, amalda ikki metal elektrodlari sinfaz va qoziqsimon joylashgan turlari keng tarqalgan. SATli filtrlar ko‘p kanalli elektr aloqa va kosmik aloqa tizimlari filtrlari sifatida keng ishlatiladi. Ular televizion qabulqilgichlarning tasvir orqali chastota kuchaytirgich bloklarida LC - filtrlarni almashtirmoqda. Hozirgi vaqtda tasvirni tashish chastotasi 38 va 38,9 MGs ni tashkil etuvchi SATli televizion filtrlar seriyali ravishda ishlab chiqarilmoqda. Zamonaviy SATli filtrlar A /=0,05-50 % o‘tkazish polosasiga ega, o‘tkazish polosasidagi so‘nish 2 ^ 6 dB, selektivligi 100 dB gacha. Bunday filtrlar 900 MGs gacha chastotalarda ishlaydi. Magnitoelektronika asboblari. Magnitoelektron asboblarda ferromagnit materiallar ishlatiladi. Ular domen tuzilishga ega, ya’ni butun hajmi ko‘p sonli lokal sohalar - domenlardan tashkil topadi. Domenlar to‘yinguncha spontan magnitlangan. Ular polosali, labirintsimon va silindrik shaklga ega bo‘lishi mumkin. Domenning chiziqli o‘lchamlari millimetrning minglarcha ulushidan o‘nlarcha ulushiga teng. Domenlar o‘zaro chegaradosh devorlar (Blox devorlari) bilan ajralib turadi. Bu devorlarda bitta domen magnitlanganlik vektoriga nisbatan asta o‘zgarishlari sodir bo‘ladi.
Magnitoelektronika asboblarida axborot signalini tashuvchi sifatida quyidagi dinamik birjinslimasliklarning biridan foydalaniladi:
1) silindrik shakldagi domenlar;
2) chiziqli domenlarda vertikal Blox chiziqlar (VBCh). Qo‘shni VBChlar orasidagi masofa yetarli kichik, o‘lchami 0,5 mkm bo‘lgan chiziqli domen devorida 100 bitgacha axborot saqlash mumkin;
3) ferromagnit materialni chastotasi kvant o‘tishlar chastotasiga teng yorug‘lik bilan yoritilganda hosil bo‘luvchi rezonanslar va to‘lqinlar;
4) spin to‘lqinlari va boshqalarning kvant tebranishlarini aks ettiruvchi kvazizarrachalar - magnonlar.
Akustik to‘lqinlarning eng asosiy mohiyati shundaki, u ham yorug‘lik kabi axborot manbai hisoblanadi.
Tabiat tovushlari, ba’zi atrofimizdagi odamlarning gaplari, ishlab turgan mashinalarning shovqinlari bizga kerakli bo‘lgan ko‘p ma’lumotlarni beradi.
Tovush-tibbiyot sohasida odam ichki organlari holati to‘risida, sanoatda buyumlar, mahsulotlar ichki strukturalari to‘risida ma’lumot beruvchi manba bo‘lishi mumkin.
Shu sababli har-xil kasalliklarni diagnostika qilishida, davolashda, hamda buyum, mahsulotlarni sifatini nazorat qilishda tovushning bu xususiyatidan keng foydalaniladi.
Akustika - fizikaning tovush va uning modda bilan o‘zaro ta’sirini o‘rganuvchi bo‘limi bo‘lib, uning asosida akustoelektron qurilmalari yaratilgandir.
Akustik nazorat qilish vositalari elektron blok, akustik blok yoki o‘zgartirgich va qayd qiluvchi qurilmalardan tashkil topgan nazorat-o‘lchov apparatlaridan iboratdir.
Hozirgi vaqtda akustik nazorat qilish usullaridan sanoatda materiallarni texnologik va fizik-mexanik xarakteristikalarini nazorat qilishda, defektoskopiyada, qalinliklarini o‘lchashda, struktoskopiyada keng foydalanilmoqda.
Kasalliklarni tasnif qilish va davolashni akustoelektron qurilmalarisiz tasavvur qilish mumkin emas .
Har bir akustoelektron asbobining funksional sxemasi va konstruksiyasi-belgilanishi, o‘zgartirgich turi, ish rejimi va boshqa faktorlari bilan aniqlanadi.
Akustik nazorat apparatlari quyidagi alomatlari bilan klassifikatsiyalanadi:
ish rejimi bo‘yicha: impulsli, doimiy bo‘ladi;
belgilanishi bo‘yicha: ma’sus defektoskoplar, qalinlik o‘lchagichlar, strukturoskoplar, kompleksli o‘lchagichlardan iboratdir;
o‘lchanayotgan parametrlar turiga qarab: fazometrlar, mikrosekundomerlar, chastota o‘lchagichlar, yutilishni o‘lchagichlar, akustik-emissiya o‘lchagichlarga bo‘linadi;
to‘lqinlarni kiritish va qabul qilish turiga qarab: kontaktsiz, kontaktli, immersion bo‘lishi mumkin;
chastota diapazoni bo‘yicha: tovushli (20Gs...20kGs), past ultratovush chastotali (20...200kGs), o‘rta ulotratovush chastotali (0.2...10MGs), yuqori ultratovush chastotali (107...109Gs), o‘ta yuqori ultratovush chastotali (103 Gs dan yuqori) bo‘ladi;
indikator qurilmasining turiga qarab, raqamli ossilografli, mexanik, televizion indikatorli, yorug‘lik yoki tovush signalizatorli bo‘lishi mumkin;
o‘zgartirgich turiga qarab: pezoelektrik, elektromagnit-akustik, elektromexanik, mexanik bo‘lishi mumkin;
avtomatizatsiyalashish va mexanizatsiyalashish darjasiga qarab: qo‘l bilan, mexanizatsiyalashgan, avtomatlashtirilgan, EXM qo‘llanilgan, hisoblash texnikasi va televizion qurilmasi birlashtirilgan bo‘lishi mumkin.
Magnitoelektrik tizimli asboblar. Magnitoelektrik tizimli asboblar magnit maydoni bilan tokli o‘tkazgichning o‘zaro ta’sirlashuvi asosida ishlaydi. Ular asosan magnit zanjirini tashkil etuvchi qism va qo‘zg‘aluvchan g‘altakdan iborat. Magnit zanjir (1.34- rasm) 1 doimiy magnitdan iborat. Uning qutblari oraligiga sim cho‘lg‘amli 2 ramka o‘rnatilgan. Ramka uchlari qarama-qarshi yo‘nalishdagi spirallar bilan erkin aylanish imkoniga ega bo‘lgan o‘qqa o‘rnatilgan. O‘qning bir uchiga strelka 3 o‘rnatilgan. Ramka cho‘lg‘amiga tok spirallar yordamida keltiriladi.
Ramkadan tok o‘tganda uning magnit maydoni bilan doimiy magnit maydon o‘zaro ta’sirlashib ramkaning yelkalariga aylantiruvchi magnit yuzaga keladi va o‘tayotgan tokning kattaligiga qarab ramka tekisligi, binobarin strelka, tegishli burchakka buriladi. Magnitoelektrik tizimli asboblar faqat o‘zgarmas tok zanjiridagi tok va kuchlanishni o‘lchash uchun ishlatiladi. Ular yuqori aniqligi, sezgirligi, shkalasi bir tekisligi, energiya kam iste’mol qilishi (10-3 -10-5 Vt), qo‘zg‘aluvchi sistema tezda tinchlanishi va tashqi magnit maydonlarga sezgirligi kamligi sababli, ular voltmetr, milliampermetr, mikroampermetr sifatida, shuningdek universial ishlash asboblarida keng qo‘llaniladi.
1.34- rasm. Magnitoelektrik tizimli
Ularning kamchiligi qimmatligi, ortiqcha yuklanishga sezgirligi va fakat o‘zgarmas tok zanjirlardagina o‘lchashga yarokliligi hisoblanadi.
Elektromagnit tizimli asboblar. Elektromagnit tizimli asboblarning ishlash prinsipi g‘altak orqali tok o‘tganda uning magnit maydoni ta’sirida ferromagnit o‘zakning harakatlanishiga asoslangan. G‘altak cho‘lg‘amidan tok o‘tganda magnit maydoni hosil bo‘lib, po‘lat o‘zak uning ichiga tortiladi. Cho‘lg‘amdagi tok kuchiga qarab o‘zak g‘altak ichiga oz yoki ko‘p tortiladi va asbobning shkalasidagi qiymatni ko‘rsatuvchi strelka mahkamlangan o‘qni ma’lum burchakka buradi.
Elektromagnit tizimli asboblar quyidagi afzalliklarga ega:
qo‘zg‘aluvchan qismning burilish yo‘nalishi tokning yo‘nalishiga bog‘liq emas. Shu sababli bunday asboblar doimiy va o‘zgaruvchan tok zanjirlarida ishlatilishi mumkin. Ular tok kuchi va kuchlanishning effektiv qiymatini o‘lchaydi.
b) Tuzilishi sodda, arzon.
Kamchiliklari: shkalasi notekis, tashqi magnit maydon ta’siriga sezgir, katta quvvat iste’mol qiladi.
Elektrodinamik tizimli asboblar. Elektrodinamik tizimli asboblarning ishlashi tokli o‘tkazgichlarning o‘zaro ta’sirlashuviga asoslangan. Ular bir-biriga kirgizilgan qo‘zg‘aluvchan ichki va qo‘zg‘almas tashqi g‘altaklardan iborat. Qo‘zg‘aluvchan g‘altak o‘qka joylashtirilgan bo‘lib o‘qning uchiga strelka va tok o‘tkazuvchi hamda aks ta’sir etuvchi moment hosil qiladigan prujina mahkamlangan. G‘altak uchlari elektr zanjirga ulanganda ulardan o‘tgan toklar hosil qilgan magnit maydonlari elektrodinamik kuchlarni vujudga keltiradi. Qo‘zg‘aluvchi g‘altak tekisligi tashqi g‘altak tekisligiga tik bo‘lgani tufayli ularning magnit maydonlar yo‘nalishi bir xil bo‘lmaguncha qo‘zg‘aluvchan g‘altak o‘z o‘qi atrofida buriladi va unga mahkamlangan strelka shkala bo‘ylab burilib, o‘lchanayotgan kattalikning tegishli qiymatini ko‘rsatadi. Tok uzilganda purjina qo‘zg‘aluvchi g‘altakni dastlabki holatiga qaytaradi. Agar g‘altaklardan bir xil tok o‘tadigan bo‘lsa, unda g‘altaklar orasidagi o‘zaro ta’sir kuchi tok kuchining kvadratiga proporsional bo‘ladi. Shu sababli elektrodinamik asboblarning shkalasi notekis bo‘ladi. Asbob o‘zgaruvchan tok tarmog‘iga ulanganda aylantiruvchi momentning yo‘nalishi o‘zgarmaydi, chunki ikkala g‘altakdagi tokning yo‘nalishi bir vaqtda o‘zgaradi. Shu sababli ular ham doimiy , ham o‘zgaruvchan tok zanjirlarida ishlatiladi. Elektrodinamik tizimli asboblar kuchlanish, tok kuchi va quvvatni o‘lchash uchun zarur asboblar shaklida chikariladi. Agar asbob kuchlanishni o‘lchash uchun ishlatilsa, qo‘zg‘aluvchan va qo‘zg‘almas g‘altaklar ketma-ket ulanadi. Toklarni o‘lchash uchun (ampermetrlarda) g‘altaklar parallel ulanadi. Quvvatni o‘lchaydigan asboblarda (vattmetrda) qo‘zg‘almas g‘altak orqali nagruzka toki, qo‘zg‘aluvchan g‘altak orqali esa nagruzka kuchlanishiga proporsional bo‘lgan tok o‘tadi; bu nagruzka iste’mol qilayotgan quvvatga proporsional bo‘lgan aylantiruvchi moment hosil bo‘ladi.
Elektrodinamik asboblarning afzalliklari:
a) O‘zgaruvchan va o‘zgarmas tok zanjirida ishlay oladi;
b) Kuchlanish, tok kuchi va quvvatni o‘lchash mumkin;
v) Aniqligi yuqori aniqlikga ega;
g) Vattmetrlarda shkalasi bir tekis.
Kamchiliklariga katta quvvat isrof qilishi, tashqi magnit maydoniga sezgirligi va qimmatligi kiradi.
Ferrodinamik asboblar. Bu xil asboblarning ishlash prinsipi elektrodinamik tizimdagi asboblarning ishlash prinsiipiga asoslangan. Farki shundaki uning qo‘zg‘almas cho‘lg‘amlari po‘lat o‘zakli qilib yasaladi, bu esa asbobning magnit maydonini kuchaytiradi va tashqi maydonlarning ta’sirini bir muncha kamaytiradi. Bu asboblarda ham uning g‘altaklari bajaradigan vazifalarga qarab turli usulda ulanadi. Odatda, g‘altaklar ampermetrlarda parallel, voltmetrlarda ketma-ket, vattmetrlarda esa biri zanjirga ketma-ket, ikkinchisi esa parallel qilib ulanadi. Ularning aniqlik sinfi 1,0-1,5 bo‘ladi.
Induksion tizimli asboblar. Elektr energiyasini o‘lchash uchun elektr hisoblagich (schyotchik) lari ishlatiladi. O‘zgarmas tok zanjirlarida elektrodinamik hisoblagichlar va o‘zgaruvchan hamda uch fazali tok zanjirlarida induksion hisoblagichlar ko‘prok ishlatiladi. Induksion tizimdagi hisoblagichlarning ishlash prinsipi uyurma toklarning aylanuvchi magnit moydon bilan o‘zaro ta’siriga asoslangan. Bir fazali induksion schotchik ikkita elektromagnit, qo‘zg‘aluvchan aluminiy disk, reduktor, hisoblash mexanizmi va tormozlovchi magnitlardan iborat. Elektromagnitlarning birining g‘altagi iste’molchi bilan ketmaket, ikkinchisining g‘altagi esa parallel ulanadi. Ularning magnit maydoni erkin aylanuvchi aluminiy diskda uyurma tok hosil qiladi. Bu tok bilan g‘altaklarning magnit maydonlarining o‘zaro ta’siri diskda M aylantiruvchi moment hosil qiladi va disk aylanma harakatga keladi.
|