Загальна характеристика та класифікація приладів магнітоелектроніки. Циліндричні магнітні домени: схема утворення, генератор доменів. Загальна характеристика

Магнітоелектроніка - галузь електроніки, яка присвячена теорії і практиці створення пристроїв, що грунтуються на явищах електромагнетизму та магнітної індукції, таких, як намагнічування, перемагнічування, розмагнічування осердь імпульсним або безперервним струмом, виникнення ЕРС в провіднику, який рухається, під дією магнітного поля. Магнітоелекроніка пов‘язана з появою нових магнітних матеріалів, які мають малу намагніченість насичення, та з розробленням технологічних методів одержання тонких магнітних плівок. На перемагнічування тонкоплівкового елемента, товщина якого не перевищує товщини одного домену, потрібна енергія, яка в 10-20 разів менша, та час, в 10-30 разів менший, ніж на перемагнічування феритового осердя. Найбільш цікавими є тонкоплівкові металеві магнітні матеріали в мікроелектронних запам’ятовувальних пристроях (ЗП), де як елементи пам’яті застосовують магнітні плівки. На тонких плівках можуть бути виконані не тільки елементи пам’яті ЕОМ, а й логічні мікросхеми та магнітні підсилювачі. Досить широкі перспективи побудови функціональ-них приладів відкривають нові матеріали - магнітні напівпровідники. До них відносять магнетики, які не мають металевої природи електропровідності та являють собою з’єднання магнітних та немагнітних елементів (халькогеніди європія, халькогенідні шпінелі хрому, сильнолеговані ферити).

Розрізнять декілька груп сучасних магнітних елементів: циліндричні магнітні домени; перетворювачі Холла; магніторезистори; магнітодіоди; магнітотранзистори та магнітотиристори. Циліндричні магнітні домени

Для створення магнітних елементів у мікроелектроніці застосовують магнітні плівки товщиною від 0,1 мкм до 10 мкм, які наносяться на підкладку. Важлива властивість магнітних елементів полягає в тому, що в них процеси намагнічування, перемагнічування та розмагнічування проходять набагато швидше, ніж в елементах із звичайними осердями.Магнітні плівки мають доменну структуру, тобто складаються із окремих мікроскопічних областей - доменів із спонтанним намагнічуванням. У межах окремого домену атоми намагнічені в одному напрямку, тому кожен домен можна розглядати як окремий елементарний невеликий магніт. По товщині магнітної плівки розміщений один шар доменів. Тому зміна доменної структури може відбуватися лише повздовж поверхні плівки. Вектор поля доменів перпендикулярний до цієї поверхні. Домени мають різні розміри, різну форму та різний напрямок вектора магнітної індукції. Якщо на магнітну плівку діє зовнішнє магнітне поле, вектор якого спрямований перпендикулярно до поверхні плівки, то домени з вектором поля того самого напрямку збільшуються у розмірах, а домени з протилежним напрямком вектора поля зменшуються і при деякому значенні напруженості зовнішнього поля перетворюються в циліндричні магнітні домени (ЦМД). Діаметр ЦМД складає 1 - 5 мкм. При більш сильному магнітному полі домени зникають. Циліндричні магнітні домени можна створювати за допомогою генератора доменів у вигляді дротової петлі із струмом (рис.1.38). Така петля з тонкої металевої плівки наноситься на поверхню основної магнітної плівки. Якщо основна плівка пронизана зовнішнім магнітним полем, а через петлю генератора доменів пропускається імпульс струму, який створює магнітне поле з протилежно направленим вектором індукції, то в магнітній плівці створюється ЦМД.

У запам’ятовувальних пристроях наявність ЦМД відповідає цифрі 1, а відсутність - цифрі 0. Домени - це стійкі утворення, і для запису двійкової інформації їх можна переміщувати в будь-якому напрямку, віддаляючи від генератора доменів, щоб останній при появі на ньому нових імпульсів струму, які відповідають цифрі 1, міг створювати нові домени. Таким чином, на відміну від системи запису інформації на магнітній плівці, яка рухається в даній системі, ЦМД, які несуть інформацію, самі рухаються по нерухомій плівці.

 

Рисунок 1.36 - Схема утворення ЦМД: а - домени за відсутності магнітного поля, б - ЦМД, які утворилися під дією зовнішнього магнітного поля

 

Зчитування інформації проводиться різними методами. Наприклад, на основну плівку наноситься петля з напівпровідника, який має магніторезистивний ефект (ефект Гаусса) - зміну магнітного опору під дією змінного магнітного поля (рис. 1.38). Через петлю пропускають постійний струм. Якщо під петлею проходить ЦМД, то магнітне поле в петлі змінюється. Тоді змінюється опір петлі і струм в ній, що відповідає цифрі 1. Постійний струм в петлі струму в петлі означає цифру 0. Циліндричні магнітні домени можуть успішно застосовуватися не тільки в запам'ятовувальних пристроях, але також у різних логічних і інших елементах ЕОМ.

 

Рисунок 1.37 - Генератор доменів

Рисунок 1.38 – Магніто-резистивна петля для зчитування інформації

 

23. Магніторезистори і магнітодіоди. Структура, робочі характеристики та галузі застосування

Магніторезистори - це напівпровідникові резистори, в яких електричний опір залежить від діючого на резистор магнітного поля. Зміна електричного опору під дією поперечного магнітного поля називають магніторезистивним ефектом. Цей ефект можна пояснити наступним чином. Якби усі електрони мали однакову середню швидкість, то при рівності сили поля і сили Лоренца вони рухалися б так, начебто магнітного поля взагалі немає. Але в дійсності швидкості у електронів різні. Тому для електронів, швидкість яких відрізняється від середньої, немає рівності сили полючи і сили Лоренца. Одна з цих сил більше інший і викликає відхилення електронів. Траєкторії таких електронів викривляються і шлях електронів стає довше, а це означає, що збільшується опір напівпровідника. При збільшенні магнітної індукції від 0 до 1 Тл опір магніторезисторів може збільшитися у кілька разів.

Основними параметрами магніторезисторів є: номі­нальний опір за відсутності магнітного поля, темпе­ратурний коефіцієнт опору, максимально припустима потужність розсіювання. Магніторезистори застосовуються у вимірювальній техніці (для вимірювання величини магнітної індукції) як безконтактні датчики переміщень, у безконтактних вимикачах і перемикачах, а також пристроях електроніки й електротехніки.

Магнітодіоди - це напівпровідникові діоди з р-п - переходом, в яких вольт-амперна характеристика змінюється під дією магнітного поля. Конструктивно магнітодіод являє собою р-п-перехід з невипрямляючим омічним контактом, між якими знаходиться область високоомного напівпровідника (рис.1.41 а). Відмінність від традиційних напівпровідникових діодів полягає тільки в тому, що магнітодіод виготовляється з базою, довжина якої ё у декілька разів більше довжини дифузійного змішення носіїв L (кілька мм), тоді як в звичайних діодах d<L. Падіння напруги відбувається не на р-п-переході, як в звичайному напівпровідниковому діоді, а на високоомній базі.При збільшенні індукції поперечного магнітного поля і за рахунок відхилення траєкторії носіїв заряду до поверхні напівпровідника, опір бази значно зростає. Зростає загальний опір діода, прямий струм зменшується, спостерігається магнітодіодний ефект. Вольт-амперні характеристики магнітодіодів показують, що з підвищенням магнітної індукції прямий струм зменшується (рис.1.41 б). Великий опір бази призводить до того, що магнітодіоди мають значно більшу пряму напругу, ніж звичайну діоди.

 

Рисунок 1.41-Конструкція (а) і вольт-амперна характеристика (б) магнітодіода

Основним параметром магнітодіода є його магнітна чутливість - відношення змінної напруги U до магнітної індукції і струму живлення І:

Розрізняють два типи магнітної чутливості: вольтову магніточутливість у_и - зміну напруги на магнітодіоді при зміні магнітного поля на 1 мТл і постійному значенні струму через магнітодіод, яка розраховується за формулою:

Струмова магніточутливість у₇ визначається зміною струму через магнітодіод при зміні магнітного поля на 1 мТл і постійній напрузі:

Магнітодіоди широко застосовуються: у безконтактних кнопках і клавішах для введення інформації; як датчики визначення положення предметів, які рухаються, для зчитування магнітного запису інформації; для вимірювання і контролю неелектричних величин. На основі магнітодіодів конструюють безконтактні релє струму та манітодіодні підсилювачі з коефіцієнтом підсилення в кілька сотен для струмів до 10 А.. Схема на магнітодіодах може також замінювати колектор в електродвигуні постійного струму.

 

24. Циліндричні магнітні домени Для створення магнітних елементів у мікроелектроніці застосовують магнітні плівки товщиною від 0,1 мкм до 10 мкм, які наносяться на підкладку. Важлива властивість магнітних елементів полягає в тому, що в них процеси намагнічування, перемагнічування та розмагнічування проходять набагато швидше, ніж в елементах із звичайними осердями. Магнітні плівки мають доменну структуру, тобто складаються із окремих мікроскопічних областей - доменів із спонтанним намагнічуванням. У межах окремого домену атоми намагнічені в одному напрямку, тому кожен домен можна розглядати як окремий елементарний невеликий магніт. По товщині магнітної плівки розміщений один шар доменів. Тому зміна доменної структури може відбуватися лише повздовж поверхні плівки. Вектор поля доменів перпендикулярний до цієї поверхні. Домени мають різні розміри, різну форму та різний напрямок вектора магнітної індукції. Якщо на магнітну плівку діє зовнішнє магнітне поле, вектор якого спрямований перпендикулярно до поверхні плівки, то домени з вектором поля того самого напрямку збільшуються у розмірах, а домени з протилежним напрямком вектора поля зменшуються і при деякому значенні напруженості зовнішнього поля перетворюються в циліндричні магнітні домени (ЦМД). Діаметр ЦМД складає 1 - 5 мкм. При більш сильному магнітному полі домени зникають. Циліндричні магнітні домени можна створювати за допомогою генератора доменів у вигляді дротової петлі із струмом (рис.1.38). Така петля з тонкої металевої плівки наноситься на поверхню основної магнітної плівки. Якщо основна плівка пронизана зовнішнім магнітним полем, а через петлю генератора доменів пропускається імпульс струму, який створює магнітне поле з протилежно направленим вектором індукції, то в магнітній плівці створюється ЦМД. У запам’ятовувальних пристроях наявність ЦМД відповідає цифрі 1, а відсутність - цифрі 0. Домени - це стійкі утворення, і для запису двійкової інформації їх можна переміщувати в будь-якому напрямку, віддаляючи від генератора доменів, щоб останній при появі на ньому нових імпульсів струму, які відповідають цифрі 1, міг створювати нові домени. Таким чином, на відміну від системи запису інформації на магнітній плівці, яка рухається в даній системі, ЦМД, які несуть інформацію, самі рухаються по нерухомій плівці.

Рисунок 1.36 - Схема утворення ЦМД: а - домени за відсутності магнітного поля, б - ЦМД, які утворилися під дією зовнішнього магнітного поля

 

Зчитування інформації проводиться різними методами. Наприклад, на основну плівку наноситься петля з напівпровідника, який має магніторезистивний ефект (ефект Гаусса) - зміну магнітного опору під дією змінного магнітного поля (рис. 1.38). Через петлю пропускають постійний струм. Якщо під петлею проходить ЦМД, то магнітне поле в петлі змінюється. Тоді змінюється опір петлі і струм в ній, що відповідає цифрі 1. Постійний струм в петлі струму в петлі означає цифру 0. Циліндричні магнітні домени можуть успішно застосовуватися не тільки в запам'ятовувальних пристроях, але також у різних логічних і інших елементах ЕОМ.

 

 

Рисунок 1.37 - Генератор доменів

Рисунок 1.38 – Магніто-резистивна петля для

зчитування інформації

 

25.Магнітотранзистори: класифікація, структура, фізика процесів і робочі характеристики

Магнітотранзистори класифікують на чотири типи: одноперехідні (ОПТ), одноколектроні (ОКТ), двохколекторні (ДМТ) та польові (ПМТ). Розглянемо кожний тип магнітотранзиторів більш детально.О дноперехідні - магнітотранзистори, що діють на основі модуляції опору бази носіїв заряду, які інжектуються із емітера та мають 8-подібну вхідну характеристику (рис.1.41).

Рисунок 1.41 - Вхідна характеристика ОПТ: крива 1 - В=0; крива 2 - В = 0,3 Тл; крива 3 - В = 0,6 Тл

Характер кривої 1 вказує на те, що чим більше час життя інжектованих носіїв в базі, тим глибже вони проникають в неї, і тим менше значення має залишкова напруга . Якщо транзитор помістити у магнітне поле на інжектовані носії починає діяти сила Лоренца, яка відхиляє їх до стінок бази або навпаки (в залежності від напряму магнітного поля). Оскільки швидкість рекомбінації носіїв біля стінок бази значно більша, ніж в її обємі, це призведе до зміни час життя інжектованих носіїв і, відповідно, . Магнітна чутливість для ОПТ складає величину порядка у = 210³ В/АТл.Залежність . від індукції магнітного поля В застосовують для створення датчиків магнітного поля, які працюють на постійному струмі, а також для побудови на основі цих датчиків генераторів з частотним виходом, тобто із залежністю частоти генерації від манітного поля. Такі генератори дозволяють значно спрощувати з'єднання датчиків з ЕОМ та микромініатюризувати вимірювальні пристрої.

2. Одноколекторні - вертикальні біполярні транзистори (області емітера, бази та колектора розташовані один за одним в напрямку від поверхні в глибину напівпровідника), в якіх під дією магнітного поля відбувається викривлення траекторії носіїв заряду емітера, що приводить до збільшення ефективної довжини бази та відхиленню частини носіїв від колектора (рис.1.42). Збільшення у таких транзисторів відбувається за рахунок зменшення ширини колектора. Реальні розміри колектора та емітера однакові (0,6х0,6) мм, відстань між ними І = 0,8 мм. Найбільша магніточутливість досягається при включенні ОКТ як двохполюсника (ланцюг емітер - колектор) при вимкнутій базі. В такому випадку при струмі Іе-к = 0,6мА магніточутливість у = 210⁴ В/АТл.

 

Рисунок 1.42 - Вхідна характеристика (а) та схематичне зображення руху носіїв заряду (б) в одноколекторному магнітотранзисторі: крива 1 - 25 В; крива 2 - 20 В, крива 3- 15 В

3. Двохколекторні магнітотранзистори - біполярні транзистори, в яких колектори і розміщуються симетрично відносно емітера. За відсутності магнітного поля струм емітера поділяють на дві рівні частини, які потрапляють на колектори (рис.1.43). Траєкторії електронів для цього випадку зображені суцільними лініями. Оскільки потенціали колекторів однакові, то падіння напруги між колекторами =0 і,ві повідно виїхідна напруга U=0.

 

Рисунок 1.43-Структура та схема ввімкнення ДКТ

Якщо на транзистор почне діяти поперечне магнітне поле (вектор магнітної індукції В такого поля спрямований перпендикулярно до площини креслення), то під впливом сили Лоренца електрони колекторного струму будуть відхилятися. Їхні траєкторії показані штрихованими лініями. На колектор К₁ буде потрапляти більше електронів, і його струм збільшиться, а струм колектора К₂ відповідно зменшиться.Потенціали колекторів стануть різними. Вихідна напруга між колекторами збільшиться U=0 зі збільшенням магнітної індукції.

4. Польові магнітотранзистори - польові транзистори, в яких опір каналу (вбудованого або індукованого) змінюється під дією магнітного поля (рис.1.44). Широке застосування вони знайшли як такі, що виконують функції датчика Холла.

Рисунок 1.44 - Структура ПМТ з р-п- переходом:D-сток,S-витік, G-джерело

 

Польові магнітотранзистори застосовуються для різномагнітних вимірювальних приладів: безконтактних вимірювачів сили струму, що особливо важливо для вимірювання сильних постійних струмів, які проходять по проводах великого діаметра і практично неможливо їх розривати для включення амперметра; вимірювання електричної потужності; вимірювання неелектричних величин (тиск, переміщення, кут) та рухливості і концентрації носіїв заряду в напівпровідниках.

 

26. Магнітотранзистори: означення, класифікація, фізичні основи дії. Особливості вхідної характеристики одноперехідних магнітотранзисторів. Поняття магнітної чутливості. Магнітотранзистори - це транзистори, в яких вихідний струм визначається магнітним потоком, що проходить через нього., а інші характеристики та параметри змінюються під впливом магнітного поля. Цікавою особливістю таких транзисторів є те, що їх вихідний струм чутливий і до світлового потоку. Таким чином створюється можливість подвійного безконтактного керування вихідним сигналом - магнітним потоком та світлом, що значно розширює функціональні можливості магнітотранзистора.

1 .Одноперехідні - магнітотранзистори, що діють на основі модуляції опору бази носіїв заряду, які інжектуються із емітера та мають 8-подібну вхідну характеристику (рис.1.41).

Рисунок 1.41 - Вхідна характеристика ОПТ: крива 1 - В=0; крива 2 - В = 0,3 Тл; крива 3 - В = 0,6 Тл

Характер кривої 1 вказує на те, що чим більше час життя інжектованих носіїв в базі, тим глибже вони проникають в неї, і тим менше значення має залишкова напруга . Якщо транзитор помістити у магнітне поле на інжектовані носії починає діяти сила Лоренца, яка відхиляє їх до стінок бази або навпаки (в залежності від напряму магнітного поля). Оскільки швидкість рекомбінації носіїв біля стінок бази значно більша, ніж в її обємі, це призведе до зміни час життя інжектованих носіїв і, відповідно, . Магнітна чутливість для ОПТ складає величину порядка у = 210³ В/АТл.Залежність . від індукції магнітного поля В застосовують для створення датчиків магнітного поля, які працюють на постійному струмі, а також для побудови на основі цих датчиків генераторів з частотним виходом, тобто із залежністю частоти генерації від манітного поля. Такі генератори дозволяють значно спрощувати з'єднання датчиків з ЕОМ та микромініатюризувати вимірювальні пристрої.

 

27. Варактор: структура, робочі параметри і характеристики. Магнетронний варактор - це електронно - вакуумний прилад (радіолампа) призначений для генерації і перетворення сигналів надвисокої частоти великої потужності. Він був розроблений групою російських інженерів в інституті ядерних досліджень РАН. Конструктивно Магнетронний варактор є зверненим діодом, для зменшення споживаної потужності, накал катода якого виконаний у вигляді сітки з проникністю від 0,01 до 0,05 і коефіцієнтом заповнення від 0,01 до 0,05.Перевагою,перед звичайним, напівпровідниковим варактором можна вважати кращий частотний діапазон при роботах в режимі великої потужності. Крім того, існуючі раніше варіанти на базі магнетронного діода в режимі відсічення володіють значно меншою економічністю у зв'язку з втратами на нагрівання катода великої площі. А магнетронний варактор на зверненому діоді має менші габарити і вагу, а також потужність, споживану соленоїдом, і потужність розжарення на порядок менша, ніж раніше при тій же реактивної потужності. Це досягається наступними особливостями конструкції: варактор виконується на основі зверненого магнетронного діода, тобто магнетронного діода, катод якого розташовується на внутрішній стороні зовнішнього циліндра приладу, а анод всередині катодного циліндра. Це дозволяє зменшити поперечні розміри приладу без збільшення магнітного поля при збереженні ємності приладу на одиницю довжини, максимальної анодної напруги та реактивної потужності. Збереження ємності на одиницю довжини забезпечується при збереженні величини відношення радіуса зовнішнього циліндра до радіусу внутрішнього. При тій же анодній напрузі, що і у варактора - прототипу, і критичному магнітному полі радіус катодного циліндра зверненого варактора може бути відповідно зменшений. З метою зменшення потужності джерела струму розжарення катод виконується у вигляді прямонакальної еквідистантної сітки, розташованої поблизу внутрішньої поверхні зовнішнього циліндра і ізольованою від нього. Сусідні прутики сіткового катода розташовуються на відстані один від одного, що не перевищує відстань від зовнішнього циліндра, щоб в переважній частині простору між катодом і зовнішнім циліндром електричне поле було практично однорідним і проникність сітки катода була не більше кількох сотих. Коефіцієнт заповнення сіткового катода не повинен перевищувати декількох відсотків. Все це робить магнетронний варактор перспективним приладом для прискорювачів заряджених частинок у вузлах без інерційної перебудови частоти прискорюючих резонаторів.

Варакторний діод(НП) - це напівпровідниковий діод з р –п- переходом, виготовлений за спеціальною технологією, в якому має місце нелінійна залежність ємності замкненого р -п -переходу від прикладеної до діода зворотної напруги. Ємність діода залежить від ширини замикаючого шару, який в цьому випадку можна трактувати як діелектрик конденсатора. Обкладинками конденсатора служать прилеглі до замикаючого шару області напівпровідника. Якщо напруга, що зміщує діод у зворотному напрямку, зростає, то ємність діода зменшується. Для типового діода в інтервалі негативних напруг від декількох десятків вольт до нуля ємність змінюється від 10 до 200 пФ.Варакторні діоди, звані також ємнісними діодами або варикапами, знаходять застосування, зокрема, як елементи, що включаються в резонансні контури, які можна при цьому перебудовувати, змінюючи напругу зміщення на аноді (наприклад, за допомогою потенціометра). Таке рішення часто використовують в радіоприймачах, виключаючи, таким чином, незручний і дорогий конденсатор змінної ємності поворотного типу. Регульована напруга підводиться до діода через резистор R, опір якого має бути настільки великим, щоб не шунтувався резонансний контур. Залежна від цієї напруги зміна ємності діода викликає зміну ємності, підключеної паралельно ємності резонансного контуру. Тим самим змінюється результуюча ємність цього контура, а отже, і його резонансна частота.

28. Хемотроніка: поняття міграції іонів, електроосмосу і електрофорезу. Електрохімічні та електрокінетичні комірки. Іонікси. Керовані опори (мімістори). Хемотроніка (іоніка) - розділ електроніки, змістом якого є теорія і практика електрохімічних перетво-рювачів для нових типів керуючих, інформаційних, обчислювальних і вимірювальних пристроїв. Першими електрохімічними приладами були гальванічні елементи й акумулятори, а потім електролітичні конденсатори, але усі вони звичайно не розглядаються в хемотроніці. На початку розвитку хемотроніки були створені прилади, що є аналогами діодів і тріодів, але в них рухливими носіями заряду були іони в рідких електро-літах, а не електрони. На основі цих приладів удалося здійснити випрямлення і посилення. Оскільки маса іонів у багато разів більше, а рухливість у багато разів менше, ніж маса і рухливість електронів, прилади хемотроніки дуже інерційні і придатні тільки для дуже низьких частот. Ця їх властивість є істотним недоліком. Але варто мати на увазі, що в багатьох системах, наприклад, пристроях автоматики, процеси проходять порівняно повільно й у цих випадках низькочастотність приладів хемотроніки не має значення. Значна частина приладів хемотроніки - це концентраційні електрохімічні перетворювачі або перетворювачі дифузійного типу. Робота цих приладів грунтується на зміні концентрації активних компонентів електроліту. Ці компоненти містяться в електроліті в двох видах: окисленому і відновленому. Крім того, в електроліті є ще і пасивний (індиферентний) компонент, що не бере участі в хімічних реакціях, а лише збільшує провідність електроліту. Розподіл активних компонентів залежить від декількох процесів, що проходять в електроліті: дифузії, конвекції та міграції. Дифузія - це поширення іонів унаслідок різниці концентрацій. Конвекція - переміщення самого розчину за рахунок різниці густини. Міграція ( аналог дрейфу носіїв заряду) - переміщення іонів під дією електричного поля або поля, створеного різницею потенціалів на електродах. Головну роль звичайно відіграє дифузія.

Найпростіший електрохімічний прилад - симетрична плоска електрохімічна комірка (рис. 1.33).Вольт-амперна характеристика такої комірки також симетрична (рис.1.34 а). У несиметричній комірці площі електродів різні і вольтамперна характеристика несиметрична (рис.1.34 б).

Рисунок 1.33 - Найпростіша електрохімічна комірка

 

Електрохімічні діоди мають відношення площ електродів до декількох сотень і такого ж порядку коефіцієнт випрямлення.На відміну від напівпровідникових електрохімічні діоди працюють уже при дуже низьких напругах від 0,005 до 0,050 В, можуть бути дуже малих розмірів, мають низький рівень власних шумів, прості у виготовленні, дешеві і мають високу надійність. Звичайно, вони придатні тільки для низьких та інфранизьких частот.

Хемотронні діоди з дифузійним бар'єром можуть застосовуватися як інтегратори струму, тобто лічильників кількості електрики. При протіканні струму змінюються концентрація компонентів електроліту і його колір. Тому можливе візуальне визначення кількості електрики, але погрішність складе не менше 10%. Якщо в діод увести додатковий електрод, то можна кількість електрики визначити за струмом в ланцюзі додаткового електрода

Рисунок 1.34 – Вольт амперні характеристики симетричної (а) та несимет-ричної (б) електрохімічних комірок

Струм цього електрода зростає, і за ним можна робити висновок про тиск. Такі датчики застосовуються тільки для вимірювання змінного тиску. Подібно такому датчику працюють електрохімічні мікрофони, зокрема застосовувані для підвідного акустичного зв'язку - гідрофони.

Велику групу приладів хемотроніки складають електрокінетичні перетворювачі. Вони базуються на використанні електрокінетичного руху. Це рух позитивних або негативних частинок рідкої речовини під дією електричного поля. Як уже зазначалося, рух іонів під дією поля називається міграцією. Рух в електричному полі більших частинок, ніж іони, має назву електрофорез. Рух рідини через пористу перегородку чи капіляр під дією поля - електроосмос. Робота електрохімічного приладу на основі електрофорезу або електроосмосу називається насосним режимом. Але можливий і інший - генераторний режим. Він полягає в тому, що під дією тиску рідина проходить через пористу перегородку і тоді між протилежними сторонами перегородки виникає різниця потенціалів. Діапазон робочих частот у подібних приладів складає величину від 0,1 до 105 Гц.Цікавими електрохімічними приладами для накопичення електричного заряду є іонікси (іоністори) - еквіваленти конденсаторів надвеликої ємності. Срібний і вугільний електроди розділені твердим електролітом, таким, як рубідій - іодид срібла RbAg4I5 або сульфід - іодид срібла Ag3SI. При протіканні струму на поверхні вугільного електрода, що є конденсаторі, питома ємність у іоніксів може досягати 10 Ф/см2, тобто на три порядки вище, ніж в оксидних (електролітичних) конденсаторів. Іонікси можуть зберігати заряд один- два роки зі зменшенням його усього лише на 3 - 5 %. Основним недоліком іоніксів є низька робоча напруга, не більше 0,5 В. Крім того, це інфранизькочастотні прилади, тому що вже при частоті 20 Гц їх ємність зменшується в 100 разів. Робочі температури в них від -60 до +175 оС. Для більш високих напруг іонікси з'єднують послідовно. Наприклад, для одержання ємності 5 Ф при робочій напрузі 5 В треба з'єднати послідовно 10 іоніксів ємністю по 50 Ф. Така батарея іоніксів може використовуватися як джерело струму і давати, наприклад, струм 1 мА протягом 5000 с при зниженні напруги від 5 до 4 В.

Особлива група електрохімічних приладів - візуальні електрохімічні індикатори. У найпростішому випадку - це два електроди в електроліті в невеликому скляному балончику. Електроліт застосовують такий, щоб він змінював свій колір при подачі напруги на електроди. Напруга, яка подається, може бути постійною, змінною або імпульсною, але обов’язково низькою. На їх основі створюють матричні індикаторні панелі. В них розміщу-ються дві взаємно перпендикулярні системи електродів - кожна у вигляді паралельних металевих смуг. Подача напруги та ту чи іншу пару електродів (смуг) викликає зміну кольору електроліту. Основні переваги електро-хімічних індикаторів: низький рівень керуючих сигналів, мала потужність (100 мВт - 100 мкВт), великий динамічний діапазон (до 80 дБ), великий ресурс роботи (до 90000 годин), можливість роботи на низьких та інфранизьких частотах. Існують різні типи електро-хімічних індикаторів, робота яких грунтується на тих чи інших фізико-хімічних процесах в електролітах.