Гетеромагнитная микроэлектроника (стр. 8 )

Разделим в (1) действительную и мнимую части. Получим систему двух уравнений, решение которой имеет форму взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи СРЧ:

, ,

(2)

где;;;;;.

Второе решение (1):

, ,

(3)

где;;;;;.

Для определения оптимальных зависимостей сопротивлений двухполюсников типовых схем согласующих резистивных четырехполюсников от частоты необходимо найти элементы классической матрицы передачи выбранной схемы, подставить их в (2) или (3) и затем решить сформированную таким образом систему действительных уравнений относительно сопротивлений каких-либо двух двухполюсников этой схемы. В соответствии с этим алгоритмом были найдены выражения для определения значений сопротивлений полной группы сочетаний по два из числа двухполюсников 9 типовых схем резистивных четырехполюсников. В качестве примера для случая использования взаимосвязей (2) здесь приведено решение для второго и третьего двухполюсников П-образного четырехполюсника:

, , .

(4)

Если использованы взаимосвязи (3) и четырехполюсник выполнен в виде П-образного звена, то

, , .

(5)

Входящие в (4) или (5) подкоренные выражения, приравненные нулю, образуют собой уравнения границы областей физической реализуемости выбранных схем четырехполюсников как областей изменения действительной и мнимой составляющих выходного сопротивления предыдущего каскада или входного сопротивления последующего каскада, при которых обеспечиваются выбранные взаимосвязи (2) или (3) соответственно. Так как удобнее варьировать параметры пассивного каскада, то формулы типа (4) целесообразнее использовать для синтеза автогенераторов при пассивном предыдущем каскаде, а формулы (5) – для синтеза автогенераторов при пассивном последующем каскаде. Эти уравнения описывают окружности на диаграмме Смита [5], подобные годографам, полученным им для согласующих по критерию обеспечения минимума отраженного сигнала устройств, и расширяют представления о процессах формирования колебаний с заданными частотами генерации с учетом физической реализуемости.

В качестве примера на рис. 2 показана синтезированная с помощью полученных результатов схема автогенератора с внутренней обратной связью. Верхняя и нижняя частоты зависимости частоты генерации от изменения выбранного управляемого параметра определяются из условия равенства нулю подкоренного выражения в формулах типа (5) для определения значений параметров резистивных двухполюсников. Индуктивности L6, L7 необходимы для питания активного диода X1, в качестве которого использовался туннельный диод MBD4057. Изменение индуктивности L6 значительно влияет на добротность всей схемы. Согласующее устройство выполнено на элементах R12, R13, R15. Двухконтурная схема на элементах L3, C3, L4, C6, R14 может рассматриваться как эквивалентная схема некоторого управляемого элемента, например магниточувствительного элемента в виде образца железоиттриевого граната (ЖИГ) [6].

Рис. 2. Схема автогенератора, исследуемая в системе MicroCap

Зависимость частоты генерации от изменения индуктивности L4 и резонансной частоты (основные характеристики схемы (см. рис. 2)) эквивалентной схемы ЖИГ представлена на рис. 3, а, б.

Используя известные зависимости резонансной частоты образца ЖИГ типа КГ-12 от напряженности магнитного поля [6] и зависимость частоты генерации от резонансной частоты эквивалентной схемы ЖИГ (см. рис. 3. б), можно построить зависимость частоты генерации от напряженности магнитного поля (см. рис. 3, в) для исследуемой схемы (см. рис. 2), в которой вместо эквивалентной схемы включен реальный образец ЖИГ. Крутизна этой характеристики (магнитная чувствительность) составляет примерно 25 мГц/Э. Погрешность определения напряженности магнитного поля прямо пропорциональна половине абсолютной нестабильности частоты генерации и обратно пропорциональна магнитной чувствительности.

Таким образом, проведенное схемотехническое моделирование показало возможность использования полученных результатов для технического проектирования автогенераторов, в том числе и магниточувствительных, с применением согласующих по критерию обеспечения стационарного режима генерации резистивных четырехполюсников.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Справочник по радиоэлектронике / под общ. ред. : в 3 т. М. : Энергия, 1968. Т. 2. 536 с. , Математическое и схемотехническое моделирование генераторов многочастотных сигналов и частотных модуляторов с внутренней обратной связью при включении активного двухполюсного нелинейного элемента перед резистивным четырехполюсником // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13, № 4. C. 12–16. , Математическое и схемотехническое моделирование генераторов и частотных модуляторов с вариантами включения параллельного соединения трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи перед резистивным четырехполюсником и после него // Нелинейный мир. 2012. Т. 10, № 9. C. 623–628. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М. : Госэнергоиздат, 1962. 192 с. руговые диаграммы в радиоэлектронике / пер. с англ. , . М. : Связь, 1976. 142 с. , Гетеромагнитная электроника : Микросистемы активного типа. М. : Наука, 2007. 612 с.

УДК 629.58: 681.5; 629.7.058.52; 621.3.084.2: 66.02

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (обзор патентов)

, ,

Саратовский национальный исследовательский

государственный университет имени

Россия, 410012, Саратов, Астраханская, 83

E-mail: *****@***ru

Приводятся результаты поиска и анализа патентов европейской базы данных 2015 г. по сенсорам слабых магнитных полей, имеющим высокую чувствительность при малых габаритах и массе.

Ключевые слова: магнитное поле, магнитный сенсор, чувствительность.

Highly Sensitive Sensors of Weak Magnetic Fields

(Patent Review)

A. Ignatiev, S. P. Kudryavceva, A. A. Maslov, A. V. Vasiliev

The search results and analysis of 2015 year European patent database of weak magnetic field sensors, having high sensitivity with small dimensions and weight.

Key words: magnetic field, magnetic sensor, sensitivity.

Проблема создания высокочувствительных миниатюрных сенсоров слабых магнитных полей продолжает оставаться актуальной для автономной геомагнитной навигации, систем позиционирования и ориентации объектов [1, 2]. Предъявляются очень высокие требования к характеристикам магнитных сенсоров:

разрешающая способность 0,1 нТл и менее; диапазон измеряемых магнитных полей от 100 мкТл; объем 0,1 л и менее; масса 50 г и менее.

Установлено, что таким требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магниторезистивные, магниторезонансные и феррозондовые сенсоры [3].

Разработчикам магнитных сенсоров регулярно предоставлялась информация о новейших мировых изобретениях в этой области начиная с 2004 года [4–6]. Настоящий патентный поиск проводился по европейской базе данных 2015 года (http// ep. ). Ниже приводится информация (в авторском переводе иностранных патентов) по магниторезистивным, магниторезонансным и феррозондовым сенсорам, технические решения которых в определенной степени отвечают вышеуказанным требованиям, полученная в результате анализа порядка 1000 изобретений по магнитным сенсорам.

Конструктивно магниторезистивные сенсоры имеют вид полосковых элементов на основе тонкопленочного композитного магниторезистивного материала. Измерительные устройства на их основе содержат 1, 2 или 3 сенсора для определения компонент магнитного поля и блок обработки сигналов.