ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С АНАЛОГОВОЙ ПАМЯТЬЮ
ELECTRICALLY CONTROLLED RESISTIVE ELEMENT WITH ANALOGUE MEMORY

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к созданию электроуправляемых резисторов с аналоговой памятью, и может быть использовано в цепях и системах дистанционного и автоматического регулирования радиоэлектронной аппаратуры. Изобретение может найти также применение в низкочастотной радиотехнике, в элементах памяти и таймерах, для построения самонастраивающихся и саморегулирующихся систем.
Известны электроуправляемые резисторы, функционирующие с использованием явления электрохимического растворения и осаждения металлической пленки на электроде считывания (резистивном электроде).
Однако резистивные элементы пленочного типа обладают рядом существенных недостатков:
1. Низкие значения резистивно-временных характеристик;
2. Малая стабильность значений сигнала считывания при хранении, что обусловлено протеканием физико-химических процессов на поверхности пленки (рекристаллизация металлической пленки, образование окислов, коррозия и т.п.).
-3
-5
Наиболее близкий к заявляемому резистивному элементу аналог (Т.Такахаси - Электрохимический элемент с применением смешанных проводников. - Denki Kagaku, 1973 г. Vol 41, №9, p.p.723-272) также имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, он имеет малое относительное изменение сопротивления резистивного электрода при прохождении тока управления. Кроме того, существенным недостатком устройства является малая область допустимых токов управления (10÷10 А).
-2
-6
Этих недостатков лишен резистивный элемент, описанный в авторском свидетельстве СССР №1840837. Он стабилен в работе, обладает достаточной точностью воспроизводимости сопротивления, имеет лучше, чем у аналогов характеристики "памяти" и более широкий диапазон токов управления (10÷10 А).
-2
-6
Данное устройство было выбрано в качестве прототипа. К наиболее существенным недостаткам резистивного элемента-прототипа следует отнести сравнительно большое время изменения сопротивления от min до max значения. И наряду с этим - сравнительно малая область допустимых токов управления (10÷10 А).
Целью предлагаемого изобретения является улучшение резистивно-временных характеристик элемента наряду с расширением диапазона токов управления.
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
Указанная цель достигается тем, что резистивный электрод элемента выполнен из материала: (AgS)(AgTe)(AgPO), обладающего иным, чем у прототипа катионно-анионным соотношением и более высокой электрочувствительностью .
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
6
4
4
4
5
6
4
4
4
5
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
Предлагаемый резистивный элемент с аналоговой памятью состоит из Ag-электрода (I) и резистивного электрода (II) из (AgS)(AgTe)(AgPO); электролита (AgIWO или RbgI). Токоподводы к резистивному электроду выполнены из золота. Электрохимическая ячейка элемента имеет вид: Ag|AgIWO или AgRbI|(AgS)(AgTe)(AgPO)|Au
Основные характеристики предлагаемого резистора приведены; таблице 1.
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
На фиг.1 показан электроуправляемый резистивный элемент с аналоговой памятью в разрезе. Он представляет собой трехслойную таблетку, полученную совместным прессованием сетчатого Ag-электрода (I), твердого серебро-проводящего электролита (2) и ленточного П-образного резистивного электрода (II) из материала (AgS)(AgTe)(AgPO) (3). Полученный блок помещается в алюминиевый корпус (4), который затем заполняется полимерным компаундом (5). В корпус помещается дно (6) с укрепленными на нем тремя выводами из медной проволоки ⌀ 0,5 мм (7). Дно закрепляется завальцовкой корпуса. Резистивный электрод соединен с внешними выводами двумя золотыми проволочками (8), а управляющий Ag-электрод - Ag-токоподводом ⌀ 0,2 мм. (9).
Таблица 1
Основные характеристики электроуправляемого резистора
Параметр ЭУР
Единица измерений,
Значение параметра
Диапазон изменения значений
сопротивления
Ом
2,0÷600
Время изменения значения сопротивления
во всем диапазоне
с
2÷10<sup>5</sup>
Ток управления
А
10<sup>-2</sup>÷10<sub>-</sub> <sup>7</sup>
Изменение значения сопротивления в отсутствии управляющего сигнала
(в течение суток)
% С
3,25÷0,5
Рабочий диапазон температур
°C
-10÷+90
Температурный коэффициент сопротивления по цепи считывания
<img file="00000002.tif" he="11" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
0,0106
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
Электроуправляемый резистивный элемент работает следующим образом: при прохождении управляющего тока (плюс на Au-электроде, минус на Ag-электроде) - определенное количество серебра переносится из резистивного электрода на Ag-электрод. Концентрация серебра в электродном материале (AgS)(AgTe)(AgPO) - падает, что приводит к увеличению его сопротивления. Сопротивление изменяется пропорционально количеству прошедшего электричества:
,
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
где ΔR - изменение сопротивления резистивного электрода из (AgS)(AgTe)(AgPO), Ом; К - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность Ом/Кл., характеризует электрочувствительность материала резистивного электрода; I - ток управления, А; τ - время изменения сопротивления резистивного электрода от Rmin до Rmax. При смене полярности идет обратный процесс: концентрация серебра в резистивном электроде увеличивается, а сопротивление - соответственно уменьшается.
2
0,45
1,7
0,43
3
4
0,12
Электрические свойства твердого электролита и резистивного электрода из (AgS)(AgTe)(AgPO) в процессе длительной работы не изменяются.
Пример исполнения
Был изготовлен электроуправляющий резистивный элемент с аналоговой памятью, который при испытаниях показал следующие характеристики:
Масса - 1,2 грамма
3
Объем - 0,6 см
Диапазон изменения сопротивления
-7
-1
Диапазон токов управления 10÷10, А.
Интервал рабочих температур - 10÷-+90°C.
Температурный коэффициент изменения сопротивления по цепи считывания .
Время достижения максимума сопротивления зависит от величины являющего тока.
-2
-7
Так, при токе управления 10 А, Rmax (600, Ом) достигается за 20,2°С, а при токе управления 4·10, А - за 5 суток 20 часов 10 минут.
Зависимость изменения сопротивления во времени при различных величинах управляющего тока показана на фиг.2.
Диапазон изменения сопротивления , - в 3 раза шире, чем у резистора-прототипа.
Свойства памяти элемента характеризуют следующие данные: самопроизвольное изменение сопротивления Rmax в отсутствии управляющего тока за 48 часов составило менее 0,5%.
Предлагаемый резистивный элемент устойчив в работе: после 2000 циклов (от Rmin до Rmax) элемент не изменил своих электрических характеристик.
Наряду с этим большим преимуществом предлагаемого резистивного элемента является весьма малый температурный коэффициент сопротивления по цепи считывания, чем обеспечивается высокая точность функционирования устройства.
3
Из приведенных выше данных следует, что в предлагаемом резисторе достигнуто существенное улучшение резистивно-временных характеристик элемента, , расширен на 2 порядка величин диапазон токов управления при наличии устойчивой аналоговой памяти, миниатюрных размеров устройства (V=0,6 см) и высокой стабильности работы.
Предлагаемые электроуправляемые резистивные элементы (благодаря рассмотренным выше преимуществам) могут найти широкое многофункциональное применение в радиоэлектронной и радиотехнической промышленности.