автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Измерительные преобразователи эолектрических и магнитных величин на основе осциллисторного эффекта в германии

окский госудлрсташкш технический университет

РГ5 ОД

На правах руксписг:

ЧЕРдЦОВ мексаццр иванович

Ш.ЕРИТЕЛЬКЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛШИШШК И КШВИЙК ВЕЛИЧИН 114 ОСНОВЕ ОСЦИЛВ-'СТОРКОГО Э5ЖСГ1 в гетшш

Спецсашгасть 05.II.05 - Приборы и кетодз измерения

электрических я магнитных величия

Аз I оре ф е р ат диссертации, на соксканкз ученой степени, кандидата технических, наук

Омск - 18Э4

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете

Нэуч}шй руководитель - доктор технических наук, профессор Люзе Л.Л.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Рогачевский Б.М.

- кандидат технических наук Захаров И.Л..

Ведущее предприятие - Омский научно-исследовательский институт приборостроения

Защита состоится " 1594 г. в У^^чес. на

заседании диссертационного совета Д 063.23.01 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, Омск, пр. Кира II ( ауд. 6 -340 ).

Баш отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью,просим направлять по адресу: 644050, пр. Ыира, II, Омский государственный 'технический -университет, ученому секретарю диссертационного советА Д 063. 23. 01.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " ¿Р 4/ 1994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

В.К. ФЕДОРОВ-

ОГЭДАЯ ХАРАКТЕРНО! IÎKA РАБОТЫ.

Актуальность теуи. В связи с развитием ц«фровой техшаги и использованием в процессе измерений вычислительной техника при ссз -даяия средств itoMopei-nrit весьма остуалыюй является задача рг.зра -ботки взкэрательных преобрзеователей ( КП ) рзг.и'.'лкх ^язяческах веягпш, в частности электрических tî магнитных величин, б код или велгпяш, легко преобразутаиеся в код, например, в частоту, кс -пользугдиеся б настоящее время при построении ОТ традиционно -опчвскко явления чаце всего не позволяют построить '."Л, в которых преобразование входной величины в частоту осуществлялось бы непосредственно в чувствительном элементе без его включения в цель кп кого-либо генератора. Подобная задача шкет быть решепэ с ксполь -зозанкем новых.физических эффектов. Примером использования подоб -шх эффектов является создание преобразователей на аффект* дкозеф-сона, которые применяются для измерения сверхкзлых значений неко -торах физических величин ( напряжения, магнитной индукция ) к ра -ботают только при низких теетерзтурах. Более пиратами возможностями обладает осциллксторный эффект, который заключается в еозшжю-вениа колебаний тока, протекающего по полупроводниковому образцу, помеченному з продольные электрическое и магнитное поля, напряженности которых прен-лза?:т критические значения. Частота колзбакгй тока на пороге Бэзбуздеиия зависит от напряженности электрического и индукции магнитного полей. Это свойство есциллисторного эффектз указывает па -прпнцЕПЕЗльнув возможность его использования для гостроения Ш разлзгпшх электрических и магнитных величин с частотным вигоням сигналом. Однако сведения о подобных ИП на основе осцил -дпеторного эффекта на момент начала настоящих исследований в литературе отсутствовали.. В связи с вкзеизлоязшшм и актуальностью создания ICI с частотным выходам сигналом задача разработки и ис -следования ИП электрических и магнитных величин на основе осцил -листорного 5®ектз в германии представляет больной научный и практический интерес.

Цель работы заключается в разработка и исследовании ЯП элек -трических ( напряжения, тока ) и магнитных ( индукции ) величин в частоту нз основе осцяллисгорного эффекта в электрошок гермкнэд.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые разработает, изготовлены и исследованы измеритель -imo преобразователи разлмннх физических величин ( нзярях'.ения, то--

ко, магнитной индукции, температуры. ) в частоту на основа осщ:л -листорпого эффекте в' электронном германия; • -

;- шерваг проведан анализ метрологических характеристик пре образователен ьа основе осциллистораого эффекта¿статической характерней гл преобразования, диапазона преобразования, еходного и- выходного сопротиглеькя, оснозных источников погревностей;. ■ ■

- впервые проведено экспериментальное исследование .осцилякс -торов кз n - Ge кг«. чувствительных • элементов измерительных про'об -рагозателей при различных температурах от 4,2 К до 300 К, -что позволило использовать их при разработке 1Е1 с частотным выходным сигналом на основе осцкллясторного аффекта в электронном .гермашш.. , :

- впервые разработаны элементы теории измерительных преобра -зозатаявй на основе осциллистсркого аффекта В' электронном германии, Е частности, -получены ■'новые аналитические. вырезания,-.'описываюэде зависимости частоты 'осдашисторных' колебаний, от различных физических величия,' позволгщке - сделать .вывод о'возможности использования-осшшиоторнсго 5ф;«кта в -германии: для - создания' .ЙП; с' частотным выходным сигналом и' шеюаие xopoiee совпадение с эксперикентальннки зависимостями;" ... ..'■■.:'' - .;' •'".'-. • . -.■.'.''■'■' - -

- теоретически и экспериментально исследован критерий 'возбуждения осцшписторного гфХекта в германии,: в: частности, .вопрос уменьсения пороговой.индукщ-м магнитного поля, что-позволило раз -работать компактную магнитную систему -ИИ на основе осцаплисторно -го эффекта. .-'..'',.-.. _ -

Практически ценность заключается'?, ¿яадуиавн:;- '-.У.

- разработаны конструкции•гфвобразрватёлэй напряжения.-в;neo, --тоту (.ЩЧ ), тока б частоту ("ПТЧ), магнитной'¡шдукцик в. частоту температуры в частоту на основе осциллп.стора из п - Со,

- проведен анализ.метрологических характеристик■разработанных измерительных преобразователей,- получены новые -формула-.для ^оценки чувствительности и 'вида - статической"'¡характеристики .щреобразовшай Ш на основе .осщшксторног'о еф£екта в германии. /.:' v:- ... --.-.Я:Л-

РазраОотаншю.преобразователи и результаты работы'использовались при выполнении НИР. в ИОЭ,CO'AH.CCCP'.IC.iv крйогензая техник!'.*"'( г,.'Омск; им.-Коминтерна С г.V Новосибирск ).

-.. Апдоб'ация работа. . /Основные -пологс-нта дасс0рт8цдояной Г: работы докладывались и обсувдались па IV, V, .VI, vil Всесоюзном circo -зиуьш , " Плаз;.:з и неустойчивости в полупроводаиах" ( Вияььзс.КЗО,

1983, I93S гг., Паланга, 1989 г.); VI, VII, УШВсесскзной научно-технической конференции " Информационно - измерительные спсте;,;ы " ( Куйбшгев, 1933 г.; Винница, 1935 г.; Ташкент, 1987 г.); Всесо -юзной научно-техшческой конференции "Мккрохрпогеннэя техшп'.а- 84" ( Омск, 1984 г. ); IV Всесоюзной научно-технической кон^зренцки " Метрологическое обеспечение тепло-фкзических изкерешй при низ -низких температурах " (Хабаровск, 1935г.); III. Есесоюзной научно-технической конференции " Метода и средства измерений параметров магнитного поля" ( Ленинград,I9S5 г); II, III Республиканской на -учно - технической конференция " Устройства преобразования инфор -мации для контроля и управления в зпэргетикэ " (Харьков,1985, 1987 гг.); Всесоюзной научно - технической конференции " Проблемы,, магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры" (Ленинград, 1989г.); Научно-техническом совещании ученых и специалистов с участием представителей зарубежных стран * Датчики и преобразова -тели информации систем измерения, контроля и управления "(Крымская область, 1992 г. ); на научных семнгарах кафедры " Информационно -измерительная техника" Ог/ХТУ.

Публикации. По теме диссзртации опублжовено 27 печатное ра -бот, получено 5 авторских свидетельств на изобретение, при учас -таи автора написано 2 отчета по НИР.

Структура и объем работа. Диссертационная работа состоит из -введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Она изложена на 123 страницах машинописного .текста, содерни? 49 рисунков (42 страницы) и содержат 13 страниц списка литературы из 117 названий. В приложении приведены материалы об использовании результатов диссертационной работы ( на 4 страницах ).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сфор -мулирована цель исследования, указаны научная новизна к практическая ценность полученных результатов.

В первой главе дан анализ современного состояния исследований оецплляохора, кратко рассматривается физический механизм возникновения ссцнллисторного эффекта. В основе осциллисторного эффекта лежит явление абсолютной винтовой-неустойчивости электронно-дырочной плазмы полупроводникового образца ( осциллистсрэ ), помещешю-го в параллельные слзктркческоа и магкатное поля. Американские ученые с.Е. Hurwwlts и А.Ь. McWorter получала, что частота колеба-

ник тока firE, в осциллксторе из несобственного полупроводника .-на-пороге возбуждения определяется равенством

a a

Ел- ( I >

а для полупроводника,'близкого к собственному.находится по формула 20 Da ( ^ - цр)

firo =-;-— (2)

9 ic а

где ца - ¡»¿биполярная подвижность; • Da - коэффициент ачбшюлярной даффуг;ж; и - подвижности электронов и дырок; а - попероч -ный размер осцшишсторз; Е^ и Вп - пороговая напряженность элект -ричесхого и пороговая индукция магнитного полей.

Изменение любого из параметров, входящих в форлулы (I) и (2), вызывает изменение частоты колебаний тока в осциллксторе ( осцил -листорных колебаний ), что позволяет использовать данной эффект для построения ИП с частотным выходным сигналом, Во второй части главы дан анализ работ, посзяценных экспериментальному ксследова -нию зависимости частоты осциллисторных колебаний от различных факторов. Отмечено, что известных результатов исследований недоста -точно для практической реализации ИП. Ка основании проведенного анализа били сформулированы задачи, которые необходимо.решить для построения МП на основе осциллисторного аффекта в германии.Для реализации подобных ИП необходимо: разработать теория измерительных преобразователей на основе осциллисторного эффекта, в частности, теории осциллястора как чувствительного элемента ИП с частотным выходам сигналом и провести соответствующие экспериментальные исследования; разработать ИП различных электрических и магнитных ве-. личин ( напряжения, тока, магнитной индукции) и провести их исследование; исследовать метрологические'характеристики Ш электрических и магнитных величин на основа осциллисторного эффекта

Во второй главе рассматриваются элементы теории измерительных преобразователей на основе осциллисторного аффекта. '

В первой половине главы теоретически анализируется условия возбувдения осциллисторного эффекта с целью выявления возмогаости получения значений пороговой ыапаиной индукции, позводнвдах соз -дать достаточно компактную магнитную систем', в .рабочий зазор ко -торой необходимо поместить чувствительный элемент (осциикстор ) ИП. В результата анализа подучено, что решение данной задачи дос -тигвется инжекцксй в обьеы осцщиистора дополнительных .ногатолэй

заряда с помощью контакта, обладающего свойства?.® р - п перехода ( инжектирующего контакта ), выполненного на торцевой или боковой грани осциллистора ( рис. I ).

,_. I

-4 п-Се ¡~ } 1 -Г П-Со |

—\ы гг

р+ V ь* V п

• а) б)

Рис. I. Конструкции'осциллистора: а) торцевой ;шжзктируади2

контакт, б) боковой инжеккфугадий контакт

Была получена упрощенная формула для ■ пороговой индукции Вп при инаекшш дополнительных зарядов с торцевого контакта

« - 1 /5в % 1 + 9ч (по- Ро>( V £ (3)

^ ■ аЕ V . 2 тэ® 1 '

где Е напряженность электрического шля; т^ - эффэктизное время хазви носителей заряда; х — расстояние от инжектирующего контакта до места возСувденкя абсолютной винтовой неустойчивости ; а -заряд слектрона; I - плотность инкектируадего тока.

Приняв, что Вд = В и Е = Ед из (3 ), получим формулу для Еп.

При инзекции в объем осциллистора дополнительных носителей с помощь» бокового контакта была получена формула, подобная ( 3 ).

Анализ порогов возбуждения осциллистора показал, что в случае кнгетагировашой электронно-* дырочной плззш можно получить значе -кие шщукции IV, ровное (0,3-0,4) Тл и менее. С другой стороны, осцпдпксторннй эффект Есзбуадается в месте, где выполняется Уело -еиэ Е $ 2Ц, что накладывает ограничения на длину образца, з кото -ром возмогло возбуздзшэ колебаний: тока. В результата а_яализа по -лучэпо* что з случая тпагектированной плазмы оптимальная длина ос -КЕЯЯпсторз, пригедаого для гостроокки Ш, составляет ( 4 - 5 ) км.

Во второй подевала глсш теорзки-сш рассматриваются ззбиси-;,'зст:1 частота ссия-ЪЕсторанх колзсгхЛ от различных электрически, нзгептшх п других ПОЛТЧКЯ ( ксгрямэш!.!, ?о:сс, магпкгной индукция, тгткорзтурц ).Частота колебешй тока п оапллнеторе определяется: I) '»ястотсЛ 1-рг.г.?п:'я епятсип. оозм/кзшЯ элэктронно-дуречней

?

плазмы; 2) амбилолярным сносом винтовых возмущений под действием Бнеаиего продольного электрического поля. На пороге возбуждения частота может быть определена по формуле

0.18 ц. 0,71 D„(|i - ц.) % и-а *п + -7S Р Вп • ' ( 4 >

а

в которой первый член определяется сносом винтовых возмущений, a второй их вращением. Из ( 4 ) видно, что на пороге возбуждения частота линейно зависит от значений Ед и Вц. Электрячзское поле в образце создается напряжением и, приложенным к его торцевым кон -тактам. Если принять, что индукция В = const из ( 4 ), можно полу -чить зависимость частоты от напряжения в виде

о,is ц

f и fo +.—ГГ" и ' <5>

где f0 - составляющая частоты, обусловленная собственным вращением винтового возмущения и зависящая от В. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что- частота осщшисторных колебаний в области слабых магнитных по лей пропорциональна магнитной индукции и может быть рассчитана как

. в.; <б)

где Г0 - составляющая частоты, обусловленная амбилолярным сносом винтового возмущения и зависящая от Е; К - коэффициент, определяемый экспериментально. , Для получения зависимости частоты ог тока рассматривался ва -риант, когда инжекция осуществляется с контакта, выполненного на боковой поверхности осциллистора ( рис. 16). Зависимость частоты от плотности инжектирующего тока обусловливается изменением кон -центрации плазмы в объеме . осциллистора. Была получена формула, описывающая зависимость частоты от плотности тока, протекающего через боковой инжектирукщий контакт. Полученная формула имеет громоздкий вид и неудобна для анализа зависимости .частоты от тока. Учитывая, что вклад в частоту, обусловленный собственным враданиеы возмущения, много меньше соетевляидзй частоты, обусловленной емби-полярнкм сносом, при сильном уровне инжзкцаи посла прэобразовагшЗ получим упрощенную формулу, которая позволяет оценить зависимость частоты от плотности инжектирующего тока I и ишэт ввд.

Гпг У ЧУ* ,Б; 1

f * v ,/а т -,.. .■•т ^;... ( 7>

Погреиность расчета характеристики i - P(l) по формуле ( 7 ) по OTHoaeinra к расчету по неупрощеннай формуле может быть получена не Солее 5S. Выразив плотность тока I через силу тока, из (7) найдем зависимость частоты от тока.

В полупроводниках при изменении температуры изменяются зна -чения подЕИЖНостей и концентрации электронов и дырок, ширины зап -решенной зоны и других параметров, что приводит к изменению частоты. В результате теоретического анализа была получена приближен -пая формула зависимости частоты от температуры.

Из результатов проведенных исследований осциллиотора из п-со как чувствительного злемента измерительных преобразователей с частотным выходным сигналом можно сделать следующие выводы: I) инфекция дополнительных носителей зарядов в объем образца из высокоом -кого германия позволяет существенно уменьшить значение пороговой магнитной индукции и получить его менее 0,4 Гл , что делает воз -мокным достаточно просто создать компактную магнитную систему для ИП на основе осциллисторного эффекта в германии; 2) зависимость частоты колебаний тока в осциллисторе от приложенного к нему нап -рякения и зависимость частоты осциллисторных колебаний от индукции внешнего магнитного поля позволяют построить на основе осцяллисто-ра преобразователи напряжения и магнитной индукции в частоту; 3) влияние плотности тока, протекающего через инжектирующий кон -такт осциллистора, на частоту дает возможность использовать осцил-листор для построения преобразователя тока в частоту.

Третья глава посвящена экспериментальному исследовании ос -циллистсров из n - Ge с целью подтверждения теоретических полоке -jfflá о возможности их использования в качестве 'чувствительных эле -мэнтов Ш с частотным выходным сигналом, рассмотренных во второй * главе, разработке конструкций ИГ напряжения, тока, магнитной ин -дукции, температуры в частоту и экспериментальному их исследованию.

В первых трех параграфах рассмотрена технология прпготовле -шш образцов для проведения экспериментальных исследований, про -анализированы варианты создания электрического поля в осцшигасторо н регистрации осцшшсторнцх колебаний и описана установка, позволялся проводить екегориментальныэ исслэдования как при комнатных условиях. Tais и в зздцкон азота.

В четвертом параграфе представлены результаты экспериментальных исследований ссциллистороз из германия марок ГЭС 30 - ГЭС 45, конца® прсводахясь при разлянцх тегщературах от 300 1С до 4,2 К.

Б результата схссоргмэпталышх исследований пороговых ползЗ

возбуждения осциллистора, проведенных при температурах 297 к и 77К было подтверждено, что в условиях сильной кяжекции значе;в:э пороговой магнитной индукции легко может быть получено 0,4 Тл и менее, причем оно существенно уменьшается при понижении температуры. Результаты проведенных экспериментальных исследований согласуются с теоретическими положениям осциллисторного эффекта.

Проведены экспериментальные исследовашя зависимости часто -ты от напряжения, которые показали, что зависимость линейка и чувствительность по напряжению при комнатных температурах составляет « = 0,9 . Результаты экспериментов по определению зависимости чао готы от магнитной индукции показали, что в определенном интер -воле эта зависимость линейна и чувствительность 'достигает ( 20 - 25 ) Проведена исследования зависимости частоты от

инжектирующего тока, в результате которых получена чувствитель -иость по току 7 и более. Подобные результаты хорошо совпадают с результатами, получешсаш теоретически.

Экспериментальные исследования осциллистороз из п - Ое, про -веденные при криогенных температурах ( 77 К и 4,2 К ), показали, что при ш1ш:с:пш тешературы чувствительность осциллистора увеличивается. При температуре Т = 4,2 К чувствительность по напряжению кокет возрастать до 300 а по индукции - до Б .

Экспериментально подтверждена зависимость частота колебаний тока в осциллистора из электронного германия от температуры. Зкс -перименты проводились в диапазоне температур от 4,2 К до 300 К в рекиме сильной инкэкции неосновных носителей заряда в объем осциллистора и показали хорошее качественное совпадение с теоретичес -кими расчетами.

Кроме этого, проверялась возможность использования осцаллис -тора для измерения больших постоянных токов, мощносги в цепях постоянного тока п представлены результаты экспериментальных ис -следований. Отмечена возможность построения датчиков различных нэ-олектричоских велачпн (датчиков угловых и лштэйннх перемещений, си ш, фотопризшпкоз разстшх тшов) с частотным выходным сигналом. Результаты исследований отражена в соэтвотствукзпс публикациях.

В тчаг.: пзрахтафэ ьрпдетавлгш результата разработка! Ш га основе оецшшеторпого эфХекта и германии. Осуществлен вабер материалов и койс'хрукцка капстаюй системы ИП, в рабочем ззгорэ кото -рой длиной 4,2 ш подучзас ш;ду;сги:л по менее 0,4 Тл. Для гюстрсз -ния магвдткоЯ система в качестве мэгиатопровода использовалось технически частое еолззо ЛРШ), а в качестве постояйкых магнатов -

1С

магниты па основа сплзва из редкоземельных металлов Sm Со^. Пред -лозены конструкции ( рис.2 ) ПНЧ, ПТЧ, преобразователя магнитной индукции в частоту ( ГШ ) и представлены статические характерно -тики преобразования ( рис. 3 ), снятые при различных температурах.

Основными выводами из экспериментальных исследований осцил -листоров является то, что новые теоретические положения нашли эк -сперименталыгае подтверадение: I) вид зависимостей частоты от то -ка, температуры и других величин совпадает с рассчитанными теоре -тически; 2) экспериментально подтверждена возможность использова -шяосциллястор.ч из п - Со ■ в качестве чувствительного элемента '»Я с частотным выходным сшшлсм; 3) разработаны конструкции МП на основе осциллисторного эффекта в п - се.

Четвертая глава посвящена исследования метрологических характеристик Ш на основе осциллисторного эффекта в германии. В пер -вом параграфе рассмотрены статические характеристики преобразова -ния IT1Í4, ПМИ, ПТЧ. Статическая характеристика ПКЧ представляется в виде 1 = íQ + К.,U, где коэффициент, определяемый эксперт,1ен -талыю; и ъ ^.Чувствительность разработанных ПНЧ яри Т= (295-300)К составляла ( 1,1 - 1,5 ) при Т = 77 К достигала знача -

ния 25.,-дУ, а при Т = 4,2 Н возрастала и била равна 140 Ста -тическая характеристика преобразователя магнитной индукции в частоту представляется в виде Г = Г0 + К2В, где К£ - коэффициент, определяем экспериментально; В > Вп. Чувствительность при тем -Еэратурах Т = 295 К П Т = 77 К составляет 17 и I соотвотственно. В результате анализа получено, что статическая характеристика ПТЧ с хюгрэшностью из более 0,2 % могэт сыть описана полянском пятой стопзни, который пмеот вид

t * ^ /¡2J3+ a3J2+ + a5, ( 3 )

где Ac, A1( A2, Aj, , - постоянные коЕ^дщиенты; J - тон. Для иссле'довашшх ПТЧ чувствительность в диапазоне ( 1-10 ) мА убывала от 10 в начале диапазона, уменьшалась до I в

концз диапазона."

Во втором параграфа анализируется даепазоа преобразования ИП, котсрй нмает прщщ-пшалькоэ ограничение сшу, обусловленное срывом говерацаи пря пошполнеяпи критерия. возвуздзнлл осюшисто-ра. Сгрггатаяяэ диапазона, преобразования сверху обусловлено слэду-щйш'протшеняг I) прЬялпеяпвм азданэ&ш сФ2ектсз, котораэ шгут привести к вовЗуздэшв- оджшдалшос' розш>в я срыву генерация} 2) роекгн везр чгошки и&йгтеЙнЬстц ететнчаскоЯ харгтягарзстгая ЯП, прз 8TCI исгрепЕОСть дашбЗяоота шш • пряиггааться к 100 г. Такта

И

A-A

О) I-корпус: 2-магнит: 3-прокладка: 4-контактная площадка:

5-осциллистор; •

6-выводы: 7-дер -катель: 8-втулка

л-л

60

50 НО 30

па

\

\

л \

ч к

\ v

N

s

1 "—i 1

О)

во/ia

«О

160 »JOt

1 ^

т=; '7 К

5,5 б $5 Г IS в as 9 ЦВ

1-осщшшстор:

2-корпус: 3-выводы

Рис. 2. конструкции ш:-

nf« 65

6t

57

5¿

У

т-ч ,2 К

г •

У

M

42

ад б)

sa £?•/»*,т/1

а) ПГЧ ( ПНЧ ). б) ПМй

Рис.3. Характеристики преобразования ICI I а) ПТЧ, 0) ПНЧ. в) Ш

образом, ограничено диапазона сверху жест как физический, гак и котрологический характер. Никний предел диапазона преобразования НИ и И.М ограничен значениями Ед ( ип ) и Бп. НИкний предел дна -ппзона преобразования ПТЧ зависит от способа ишкекции носителей зарядов. В случае, когда оба торцевых контакта выполнены омическими, шяжий предел ограничивается значением при котором про -исходят всзбувдзняо осцаляистора. Когда один из торцевых контактов наполнен инаехтирупцим, ншгний предел ПТЧ может быть получен рав -ным нули

Получено, что нигашй предел диапазона преобразования ПНЧ при комнатных температурах равен ип1 = ( 35 - 50 )В, а при криогешшх температурах ( Т £ 80 К ) .уменьшается и составляет ( 3 - 5) В и в диапазоне до ( 1,5 - 1,6 ) и характеристика ПНЧ линейна. Для ЩИ шпата предел диапазона преобразования вн = Вп при коуэатиих температурах достигает ( 0,3 - 0,35 ) 1л и при пош:жешш тем -пература ншкяя граница диапазона преобразовашм смещается в сторону моныетх значений при Т = 77 К и достигает (0,08 - 0,1) Тл, а при т=4,2 К уменьшается до значения 0,03 Тл. Верхний предел линейной характеристики' равен Вв' =.1,6 Вп. При пошшешш темпера -туры диапазон преобразования ИП на основа осцяллистора смещается в сторону меньших значений.

В третьем и четвертом параграфах рассматриваются входное и ваходаое сопротивления Ш на основе осциллисторного эффекта. Вход-ноо п выходное сопротивления Ш на основе' осциллисторного эффекта определяйся размерами осциллисторз, пареметрами элетронпо-ды -рочной плазкзх материала осцаплистора, способом осуществления яп -:®ырш. зарядов и вывода осциллисториых колебашй во внешши цепь.

В пятом параграфе проанализировакн основана причины появления погрешностей КП, к которая относятся нестабильность частоты генерации осцяллистора и влияние, изменения температуры окружающей среда.па характеристики.осциялистора и пути уменьшения погрешнос -та. Не стабильность частоты осциллясгорннх- колебаний обусловлена: состоянием поззрхности осциллистора ( изменением скорости поверх -всстноЭ рекомбинация носителей), нестабильность ' параметров полу -проводниковой плазкз- я • другими, факторами. Измерения, проведению в-1!р:;оге'ших ерэдзх; т.е. при .'стабильной температуре и стабильном состоягаи поверхности осциллистора, показали, что 'гогрезность ко -пзт ;быть-получена'па более 0,1'5.

Из результатов Еперпаз/ врозэдзнпого анализа иэтролоппеекпх

характеристик Ш1 на основе осциллисторного е}ф;кта в электронном германии мскпо сделать следующие основные выводы: I) статическая характеристика преобразования ГШ в диапазоне от Ь"т1 до 1,5 ип1п и ГШ р. диапазоне ст вп до 1,6 вп слизка к линейной; 2) -стетичее -кая характеристика Г1ТЧ описывается с погрешность» не более 0,2 % полиномом пятой степени; 3) диапазон преобразования 1Ш на основе осциллисторного эффекта имеет ограничение снизу и сверху. Ограни -чение снизу обусловлено выполнением критерия г.озбуждения осцкллис-. торного сф^екта и значение шшгаго предела преобразования умень -кается при понижении температуры. Ограничение диапазона сверху оп-редиляется требуемой погрешность» преобразования; 4) входное л вн-хоиюе сопротивления определяются удельным сопротивлением матери -зла осциллистора, зависят от способа создания инжектированной плазмы в его объеме и схемы включения КП в измерительную цепь; 5) ос -новными причинами появления погрешности разработа}пшх ИП являются нестабильность частоты генерации осциллистора и изменение его температуры.

'В заключении сформулированы основные результаты исследований, получешше в данной работе.

1. Впервые в Российской ведерацгш разработана и исследована при различных температурах от 300 К до 4,2 К преобразователи напряжения, тока, магнитной индукции и температуры в частоту на ос -нове осциллисторного эффекта е германии.

2. Впервые проведен анализ метрологических характеристик разработанных преобразователей на основе осциллистора из п-ве -чувствительности, диапазона преобразования,, входного и выходного сопротивлений, основных погрешностей.

3. Впервые проведено исследование и разработаны элементы теории осциллистора как чувствительного элемента первичных измери -тельных преобразователей различных электрических ( напряжения, тока ) и неэлектрических ( магнитной индукции, температуры ) с час -тотным выходным сигналом, в частности, получены новые упрощенные аналитические выражения, описывающие зависимость частоты генера -щш осциллистора из п -Се от тока и температуры и позволявшие определить вид статической характеристики ПТЧ и преобразователя температуры и оценить их чувствительность.

4. Теоретические положения осциллисторного эффекта о завися -мости частоты от тока и температуры получили экспериментальное подтверждение.

В дгчшоЯ работа, посвященной созданию частотных первичных измерительных преобразователей на основа нового физического явлении абсолютной винтовой неустойчивости электронно- дырочной плаз™ полупроводникового образца, впервые доказана возможность использования этого эффекта для построения ЕП, разработаны и изготовлены действуйте макеты подобных преобразователей.

В заключений предложены пути дальнейшего развития исследова -кий по разработке Ш на основе осциллисторкого эффекта.

Основше^результаты опубликованы в работах:

1. Люзе Л.Л., Чередов А.И., Pukix В.Г. Исследование возможности разработки датчиков на основе гальваномагнкгной неустойчивости полупроводниковой плазмы // IV Бсесоюз. симпоз. "Плазма и неустойчивости в полупроводниках": Тез. докл.- Вильнюс, 1880.- С. 169.

2. Чередов А.И. Преобразователи постоянного тока на основе ос-щштстора // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом.- Омск: Изд. ОмШ, 1987. - С.103

3. Частотные датчики для гелиевых тошэратур / Л.И.Чередов, В.М.Бондар. A.D.Кузнецов, В.П.Дсскоч // VIII Бсесоюз. науч.- техн, конф."Информационно - измеритолышэ систсмн": Тез. докл.- Ташкент, 1987. Ч. 3. - С. 3S.

4. Люзе Л.Л., Чередов А.И. Осцилдистор при криогенных темпа -ратурах // YII Всесоюз. симпоз. "Плазма и неустойчивости в полупроводниках ": Тез. докл. - Паланга, 1989.- С. 41-12.

ñ. Чередов А.й., Люзе Л.Л Частотный преобразователь магнитной индукции // Магнитные и электрические измерения. - Омск.: Изд. ОмПИ, 1983. - 0. 14. - 16.

6. Чередов А.И. Частоише датчики для криоге1шых температур // Техника электрических и магнитных измерэний. - Омск: Изд. ОмПИ, 1939. - C.5S

7. Чередов А.И. Датчик магнитной индукции с частотным выход -сигналом // НГВсесоюз. конф. "Методы и средства измерения пирометров магнитного поля": Тез. докл. Ленинград, 1985. - С. 303.

8. Чередов А.И. Частотные преобразователи магнитной аадукциа для криогенных тггяхэратур // VII Всесоюз. туч.-тахн. конф." 1 Проблемы магнитных измерений и магштоЕзмэрительной аппаратуры "г Гез. докл. - Ленинград, 1989. Ч. 2. - С. 75.

9. Чередов АЛ!. Статические характеристики преобразования зсцилласторных измерительных преобразователей // Теория н пррктт;а »втск*гиэяровашшх взмереюй.- Омск: Изд. Огст, 1990.- С. 6S- 101,

10. Чэредов Л.И. Термодатчик с частотным выходным сигналом // IV Всесоюз. науч.- техн. конф." Метрологическое. обеспечение теплофизических измерений при низких температурах.": Тез. докл. -Хабаровск, 1935. - С. 183.

11. Люзе Л.Л., Чередов А.И. Неустойчивость тока в осцшшисто-ре при 4,5 К // VI Всесоюз. с.ьмпоз. "Плазма и неустойчивости в до-лупроводниках ": Тоз. докл. - Вильнюс, I98S. - С. 15.

12. Чзродов А. И. Частотные преобразователи больших токов // Третья Респ. науч.- техн. кокф. " Устройства преобразования информации для контроля.и управления в энергетике": Тез. докл. -Харьков, 1983. - С. 177.

13. A. c.-S30009 СССР, Г.НК3 G 01 R 21/00. Устройство, для .из -керения мощности / А.И. Чередов, Л.Л. Люзе, П.П. Рвгер (. СССР ). Я 325I96I/I8-2I; Заявлено 25.02.81; Опубл. 07.12.82. Бал. к 45.

14. Бондар Б.М., Чередов А.И. Датчики неэлектрических величия с частотным выходным сигналом // VII Всесоюз. науч. -4'¿ex;i. кокф. " Информационно-измерительные системы ": Тез. докл. - Винница, 1985.- С. 197

15. Чередов А.К.'Датчики на основе осциллисторного эффекта // IV Науч. - техн. совещ. ученых и специалистов с участием пред -стазителей зарубелиых стран " Датчики и преобразователи ■■ информации систем измерения, контроля и управления ": Тез. докл. - Гурзуфе 1992. - С. 48. '

16. А. с. I64946I СССР, AI G 01 R 19/00. Устройство для из -мерения постоянного тока / А.И. Чередов . ( .СССР ). Ji 4622760/21: Заявлено 19.12.88; Опубл. 15.05.91. Бюл. N 18.' .

17. А. с. 870976 СССР, МКМ3 G 01 К 7/16. Устройство для изие-.рения температуры / А.И. Чередов, Л.Л. Люзо, В.Г. Рнких (СССР). JS325I96I/I8-2I; Заявлено 25.02.81; Опубл. 07.12.82. Бал. к 45.

Редактор .Т.А..Москвитиш

ЛР В.020321 .

Подписано к печати 25.4. 94. Формат 60x84 I/IS. Буулга писчая. Оперативный способ.печати. Усл.печ.л. 1,0. Уч.-иад.л. 1,0.

_■ Тирза 100 экз. ЗаказAZ__,

Редакционпо-издательсдик отдел ОмГ.ТУ. 644050, Омск, пр. Мирз, II. 'ТипограТня' ОкПУ. .те