Реферат: Криотроны, хемотроны и другие СМЭ - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Криотроны, хемотроны и другие СМЭ

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 133 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

14 УО БГУИР Кафедра ЭВС РЕФЕРАТ На тему: "КРИОТРОНЫ, ХЕМОТРОНЫ И ДРУГИЕ СМЭ" МИНСК, 2008 1. Криотроны и другие устройства на основе сверхпроводимости Криоэлектроника (криогенная электроника) – направление электроники и микроэлектроники, охватывающее исследование взаимодействия электр о магнитного поля с электронами в твердых телах при криогенных температ у рах и создание электронных приборов на их основе. К криогенным температурам относят температуры, при которых наст у пает глубокое охлаждение, т.е. температуры от 80 до 0 К. В криоэлектронных приборах используются различные явления: · сверхпроводимость металлов и сплавов; · зависимость диэлектрической проницаемости некоторых диэлектриков от напряженности электрического поля; · появление у металлов при температуре ниже 80 К полупроводниковых свойств при аномально высокой подвижности, носителей заряда и др. Принципы криоэлектроники используют для построения ряда приб о ров (криотроны, квантовые и параметрические усилители, резонаторы, фильтры, линии задержки и др.). Наиболее распространенным из этих приб о ров является криотрон, представляющий собой переключающий криогенный элемент, основанный на свойстве сверхпроводников скачком изменять свою проводимость под воздействием критического магнитного поля. • Действие криотрона аналогично работе ключа или реле. Криотрон может находится только в одном из двух состояний – либо в сверхпровод я щем, либо с малой электропроводностью. Время перехода криотрона из одного состояния в другое составляет н е сколько долей микросекунды, т.е. эти приборы обладают высоким быстр о действием. Криотроны весьма микроминиатюрные: на 1 см2 площади может быть размещено до нескольких тысяч криотронов. На основе криотронов можно создать криотронные БИС, выполняющие логические функции, фун к ции запоминания с неразрушающим считыванием, управления и межэл е ментных соединений. Однако необходимость работы в условиях глубокого охлаждения и связанные с этим технологические трудности резко огранич и вают применение криотронов. Усилители, принцип действия которых осн о ван на использовании криоэлектронных явлений, главным образом служат для приема слабых сигналов СВЧ. Они обладают ничтожно малым уровнем шумов, широкой полосой пропускания (десятки гигагерц) и высоким усил е нием (до 10 000). Шумовые температуры криоэлектронных усилителей до с тигают единиц и долей градуса Кельвина. Перечислим основные особенности различных типов криоэлектронных усилителей. 1. Квантовые усилители служат для усиления электромагнитных волн за счет вынужденного излучения возбужденных атомов, молекул или ионов. Эффект усиления квантовых усилителей связан с изменением энергии вну т риатомных (связанных) электронов в отличие от ламповых усилителей, в к о торых используются потоки свободных электронов. Наиболее подходящим материалом для квантовых усилителей радиодиапазона оказались диама г нитные кристаллы с небольшой примесью парамагнитных ионов. Обычно применяют рубин, рутил, изумруд с примесью окиси хрома. Охлаждение квантовых усилителей производят жидким гелием в криостатах. 2. В параметрических усилителях роль активного элемента выполняет либо p - n -переход в полупроводнике с высокой подвижностью носителей з а ряда при температурах не ниже 90 К, либо переход металл - полуметалл ( InSb ). Этот полуметалл при температурах ниже 90 К приобретает свойства полупроводника, имеющего подвижность носителей заряда в 100-1000 раз выше, чем германий и кремний. В параметрическом усилителе периодически изменяется емкость колебательной системы. Мощность, потребляемая пар а метрическими усилителями, равна примерно 0,02-0,1 Вт. 3. Свёрхпроводниковые усилители также основаны на принципе пар а метрического усиления, но в них периодически изменяется не емкость, а и н дуктивность колебательной системы. Индуктивным элементом такого усил и теля служит тонкая пленка сверхпроводника при температуре ниже . В сверхпроводящей пленке возникает так называемая сверхиндуктивность L к, обусловленная взаимодействием возникающих в ней высокоэнергетических электронных пар. Индуктивность L к при определенном выборе геометрии пленки может преобладать над обычной индуктивностью L проводника. Внешним электромагнитным полем можно периодически разрушать и во с станавливать такие электронные пары, изменяя их концентрацию пк, и тем самым периодически изменять индуктивность L к по закону 4. Принцип действия параэлектрических усилителей основан на и с пользовании явления высокой поляризации некоторых диэлектриков (напр и мер, ) при низких температурах. Тангенс угла диэлектрических потерь таких диэлектриков (параэле к триков) при температурах ниже 80 К сильно зависит от внешнего электрич е ского поля. Активный элемент пароэлектрического усилителя представляет собой конденсатор, заполненный параэлектриком, помещенным в электр о магнитное поле (накачка). Емкость конденсатора периодически изменяется с частотой накачки, что позволяет осуществить параметрическое усиление (рис.9.30). На рис.9.30, а приведена структура активного элемента параэле к трического усилителя, а на рис.9.30,6 - зависимость его емкости от напряж е ния при температуре 4,2 К. Пунктиром показана эта же зависимость при нормальной температуре (300 К). 5. Криоэлектронные резонаторы теоретически должны иметь беск о нечно большую добротность из-за отсутствия потерь в поверхностном слое сверхпроводящих стенок. Однако практически потери существуют вследс т вие инерционности электронов. Наибольшая добротность достигается в д е циметровом диапазоне волн. При длине волны 3 см добротность криоэле к тронных резонаторов равна примерно 107-109. Сверхпроводящие резонаторы обычно работают при гелиевых температурах (Т=4,2 К). Криоэлектронный фильтр представляет собой цепочку последовател ь но соединенных сверхпроводящих резонаторов. Избирательность такого фильтра в полосе запирания повышена в раз по сравнению с обы ч ными фильтрами. Криоэлектронные линии задержки представляют собой тонкий кабель из сверхпроводника, свернутый в спираль и помещенный в криостат. Время задержки определяется длиной кабеля и соответствует единицам или долям миллисекунды. Для получения времени задержки, измеряемого наносекундами или пикосекундами, используют сверхпроводящие меандры - извилистые линии из узких тонких сверхпроводящих пленок на диэлектрической подложке. И з меняя внешним полем распределенную индуктивность такой линии, можно управлять временем задержки. Большие перспективы создает использование в микроэлектронике э ф фектов Джозефсона. Открытие эффекта Джозефсона туннельных переходах двух слабо связанных сверхпроводников сделало возможным создание сверхпроводящих систем обработки информации с высокими значениями п а раметров. Быстродействие этих систем достигает 10 пс ( ), а мощность рассеяния 100 нВт ( ), т.е. показатель качества - произведение быстр о действия на мощность - порядка Дж или в миллион раз выше, чем в кремниевых микросхемах. Основная трудность разработки БИС, на основе эффекта Джозефсона связана с получением стабильных, воспроизводимых тонких (порядка 2 нм) изолирующих пленок, а также с работой в условиях глубокого охлаждения. Криоэлектронные приборы Работа криоэлектронных приборов основана на явлении сверхпров о димости, когда скачкообразно уменьшается сопротивление ряда металлов и сплавов при охлаждении их до температур, близких к абсолютному нулю. Сверхпроводимость наступает, если охладить образец до температуры мен ь ше критической. При этом сопротивление образца будет в 1012 раз меньше, чем при температуре больше критической (практически равно нулю). И з вестно около 30 элементов (например, индий, таллий, тантал, свинец, висмут, титан и др.) и большое число сплавов и соединений, которые могут служить сверхпроводниками. Свойства сверхпроводников зависят не только от температуры, но и от электрического и магнитного полей, механических напряжений и наиболее сильно изменяются при воздействии внешнего магнитного поля. При прил о жении к сверхпроводнику определенного внешнего магнитного поля свер х проводимость нарушается. Причем чем ближе температура охлаждения к критической, тем требуются меньшие напряженности поля для разрушения сверхпроводимости. Элементарным прибором, использующим свойства сверхпроводим о сти, является криотрон, который состоит из отрезка проволоки-вентиля, и з готовленного из сверхпроводника с низким значением критического магни т ного поля (материал – тантал). Вентиль обмотан проволокой (материал – ниобий) из сверхпроводника с высоким значением критического магнитного поля. Если через обмотку криотрона пропустить требуемый ток, то на п о верхности проводника – вентиля появляется магнитное поле, обусловленное этим током, которое превысит значение критического магнитного поля. В р е зультате вентиль переходит в состояние, характеризующееся наличием опр е деленного сопротивления. При уменьшении тока, управляющего переключ е нием вентиля, последний вновь становится сверхпроводящим. Причем зн а чение управляющего тока зависит от значения тока, проходящего через ве н тиль. Таким образом, криотрон является аналогом обычного электромагни т ного реле. Рассмотренная конструкция криотрона проста, дешева, потребляет небольшую мощность, но требует применения устройства охлаждения бол ь шого объема. Если применить пленочную конструкцию криотрона, можно одновр е менно микроминиатюризировать его и повысить быстродействие. Такая ко н струкция криотрона изображена на рис.1. На стеклянную подложку нан о сят вентильную пленку из олова, з а тем изоляцию из монооксида кремния и перпендикулярно (в плоскости по д ложки) к вентильной пленке – упра в ляющую пленку из свинца. Дальнейшего быстродействия криотрона можно достигнуть разм е щением между подложкой и вентил ь ной пленкой свинцового экрана, к о торый в сверхпроводящем состоянии уменьшает индуктивность криотрона. На основе криотрона можно изготовить различные устройства (деши ф раторы, сумматоры, запоминающие устройства, счетчики импульсов и др.). Базовым элементом логических схем является ячейка на двух криотронах. Для построения запоминающих устройств логические элементы на криотр о нах объединяют в матрицы. При соединении двух сверхпроводящих слоев слабым контактом (сл о ем) из сверхпроводящего или несверхпроводящего материала при опред е ленных условиях можно получить эффект Джозефсона. В области контакта образуется туннельный переход Джозефсона, в к о тором осуществляется прохождение электронных пар через тонкий изол и рующий барьер. Если на такой переход подать постоянный ток смещения по знамению, меньше порогового тока, то падение напряжения на переходе ок а зывается равным нулю, что соответствует отсутствию сопротивления. Пор о говый ток является функцией напряженности магнитного поля, приложенн о го к переходу. Меняя напряженность магнитного поля, можно изменить п о роговый ток и при постоянном питающем токе, получить падение напряж е ния на переходе, что соответствует наличию сопротивления. Таким образом, переход Джозефсона может находиться в двух различных состояниях (0 и 1), как и логические схемы. На основе элементарной ячейки, использующей эффект Джозефсона, можно создать логические устройства необходимой сложности (запомина ю щие устройства, сдвиговые регистры). Устройства, основанные на эффекте Джозефсона, отличаются высоким быстродействием (10-11 c ), малой потре б ляемой мощностью и небольшими размерами (десятки микрон). Существуют определенные трудности, связанные с подбором сверхпроводящих матери а лов для приборов, работающих в широком диапазоне температур, технолог и ческой воспроизводимостью характеристик приборов и созданием малогаб а ритных охлаждающих систем. Использование явления сверхпроводимости перспективно не только для создания элементов ЭВМ, но и для устройств очень высокой чувств и тельности и точности. 2. Хемотроны и другие функциональные устройства Хемотроника как новое научное направление возникло на стыке двух развивающихся направлений: электрохимии и электроники. На первом этапе своего развития хемотроника как техническая отрасль была призвана разрабатывать общие теоретические и технологические при н ципы построения электрохимических преобразователей. При этом создав а лись в основном аналоги электронных приборов с той ризницей что носит е лями заряда были не электроны в вакууме, газе, или твердом теле, а ионы в растворе. Так были созданы электрохимические выпрямители, интеграторы, усилители. Подвижность ионов в растворе намного меньше, чем подви ж ность электронов в газе, или твердом теле, поэтому электрохимические пр и боры являются низкочастотными по своей физической природе, однако они и имеют ряд преимуществ перед электронными приборами. В настоящее время хемотроника сформировалась как наука, изучающая перспективы построения информационных и управляющих систем на основе процессов, протекающих в жидкостях и на границе жидких фаз. В ряде литературных источников вместо термина "хемотроника" по аналогии с электроникой фигурирует термин "ионика", так как во всех эле к трохимических приборах используются ионные процессы. Исследования показали, что жидкостные системы имеют ряд важных преимуществ перед системами на основе твердых тел, прежде всего к ним следует отнести компактность и многофункциональность жидкостных эл е ментов, где в небольшом объеме может происходить одновременно с разной скоростью множество разнообразных физико-химических процессов. Эти системы надежны и обеспечивают возможность изменения своей внутренней структуры, т.е. внутреннего управления. Наиболее характерным примером жидкостной системы является человеческий мозг. Таким образом, перспектива развития хемотроники - это создание и н формационных, и управляющих систем на жидкостной основе, а в более д а леком будущем - биопреобразователей информации. Для успешного развития хемотроники требуются фундаментальные исследования не только физики жидкости, но так же сложных физико – химических и электрохимических процессов в жидкостях и на границах жидких фаз. Хемотронные приборы Хемотроника возникла на стыке двух наук – электрохимии и электр о ники. Основой хемотроники являются приборы, использующие принцип электрохимического преобразования в твердых и жидких электролитах. Н о сителями заряда в этих приборах служат ионы, обладающие малой подви ж ностью (меньше подвижности носителей в полупроводниках в 106– 108 раз), что определяет их область применения. К основным достоинствам хемотронных приборов можно отнести м а лую потребляемую мощность, высокую чувствительность по входу, малый уровень собственных шумов, достаточно высокую надежность, невысокую стоимость. Недостатками хемотронных приборов являются малый частотный диапазон (0 – 1 кГц) и большие габариты. Наиболее перспективны твердофазные и жидкофазные приборы мн о гократного действия. В первых используют образование твердой фазы на электродах или растворение материала электродов при прохождении эле к трического тока, во вторых, – изменяют концентрацию раствора электролита в приэлектродных областях. Твердофазный прибор представляет собой герметичный стеклянный капилляр, заполненный двумя столбиками ртути, разделенными промежу т ком из электролита. В качестве электролита применяется водный раствор йодных солей в йодистом калии. От ртутных столбиков через торцы запая н ного стеклянного капилляра сделаны выводы из никеля. При пропускании тока через такой прибор осуществляется перенос ртути с электрода на эле к трод, что приводит к перемещению электролитного промежутка, по которому регистрируется ток или время его прохождения. Твердофазные хемотронные приборы используют для построения схем интеграторов тока с временем интегрирования до сотен и тысяч часов, п о грешностью 1% и мгновенным неразрушающим считыванием результатов и датчиков неэлектрических величин (механических, акустических и др.), о б ладающих простой конструкцией, высокими надежностью и чувствительн о стью. Схемы с такими приборами требуют введения температурной компе н сации, что является их недостатком. Интеграторы применяют для счетчиков наработки и контроля различных устройств РЭА, счетчиков импульсов, реле времени, устройств определения заряженности аккумуляторов и др. Жидкофазный прибор является диодом с двумя инертными платин о выми электродами, помещенными в герметичную ампулу, заполненную электролитом, образующим с материалом электродов обратимую окисл и тельно-восстановительную систему. Обратимые реакции протекают непр е рывно и одновременно в двух противоположных направлениях. Электрол и том служит водный раствор йодида калия с добавкой кристаллического йода. При отсутствии внешнего напряжения на электродах устанавливается динамическое равновесие, когда скорости реакций восстановления (присо е динение электронов атомами, молекулами, ионами) и окисления (отдача электронов атомами, молекулами, ионами) выравниваются и концентрация компонентов не изменяется. При подаче напряжения на электроды (электролизе) динамическое ра в новесие нарушается. На аноде преобладает процесс окисления, когда отриц а тельно заряженные ионы отдают во внешнюю цепь электроны, а на катоде – процесс восстановления, при котором электроны поступают из внешней ц е пи. Таким образом, во внешней цепи проходит ток. Чтобы избежать побо ч ных эффектов внешнее приложенное напряжение должно быть 0,5 В. В электролите происходят медленные диффузионные процессы, н а правленные на выравнивание нарушенного равновесия и разностей конце н траций, которые возникают у электродов из-за скопления ионов одного зн а ка. Появляется собственная эдс, называемая концентрационной, так как пр о цесс электролиза всегда сопровождается поляризацией. Эта эдс противоп о ложна эдс, действующей извне. На переменном токе процессы диффузии о г раничиваются поверхностью электрода, а поляризация уменьшается во много раз. Жидкофазные хемотронные приборы обладают существенным недо с татком, связанным с узким температурным диапазоном (0 – 50 °С), так как используются водные растворы электролита. Применение других растворов затруднительно. Более перспективны для использования не двухэлектродные жидкофазные хемотронные приборы, а четырех-, пяти - и шестиэлектродные, так как это позволяет улучшить параметры приборов и расширить их фун к циональные возможности. Жидкофазные хемотронные приборы используют для интегрирования малых токов (нано - и микроамперного диапазона), хранения информации в течение нескольких часов с малой погрешностью, построения усилителей постоянного тока с малым дрейфом нуля и небольшим уровнем шумов из-за узкого частотного диапазона (от 1 до 100 Гц), схем сравнения и моделиров а ния биопроцессов. В автоматике применяют электрохимическое управляемое сопротивл е ние с активной жидкой средой – мимистор, который представляет собой две металлические пластины с электролитом между ними. Одна пластина являе т ся резистивным электродом с двумя выводами, а другая – управляющим электродом. При изменении полярности управляющего сигнала на резисти в ный электрод осаждается металл или растворяется часть его слоя, что ведет к изменению сопротивления мимистора. Мимистор выполняет роль переме н ного сопротивления, ячейки памяти, реле времени. Одним из новых направлений в области дальнейшего развития хемо-тронных приборов является создание оптохемотронных приборов, испол ь зующих явление электрохемилюминесценции – свечения, возникающего в области электродов при прохождении тока через растворы некоторых эле к тролитов. Оптохемотронный прибор состоит из инертного корпуса с эле к тролитом и двумя инертными электродами, вывода для излучения и имеет два канала управления – оптический и электрический. В состав электролита входит активатор (люминесцирующее органическое вещество), сопрово ж дающий (фоновый) электролит и растворитель. Раствор электролита образует с материалами электродов обратимую окислительно-восстановительную си с тему. Оптохемотронные приборы могут быть использованы в качестве новых излучателей и индикаторов, преобразователей неэлектрических величин в электрический сигнал, в биофизике – для моделирования процессов живого организма. ЛИТЕРАТУРА 1. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие для вузов. – СПб: Питер, 2003. – 512 с. 2. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под. ред. О.П. Глудкина. М.: Горячая Линия – Телеком, 1999. – 768 с. 3. Акимов Н.Н. и др. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. Мн.: Беларусь, 2004. – 591 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
К юбилею Путина подобострастный Михалков снимает фильм
"Махатма Ганди на галерах"
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Криотроны, хемотроны и другие СМЭ", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru