Электроуправляемый резистивный элемент с аналоговой памятью

 

Изобретение относится к электроуправляемым резисторам с аналоговой памятью. Техническим результатом изобретения является улучшение резистивных временных характеристик элемента. Согласно изобретению резистивный элемент содержит управляющий электрод, твердый электролит гексааргенат-тетра иодид вольфрама и резистивный электрод. Резистивный элемент выполнен из материала с общей формулой (Ag_1,7Te)_0,85(Ag₄P₂ O₇)_0,15. 1 табл., 2 ил., 1 пр.

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, при необходимости гальванической развязки управляемой и управляющей цепей.

Изобретение может найти также применение в низкочастотной радиотехнике, в элементах памяти и таймерах, для построения самонастраивающихся и саморегулирующихся систем. Известны электроуправляемые резисторы, использующие явление электрохимического осаждения и снятия металлической пленки на поверхности резистивного электрода, чем обеспечивается переменное сопротивление между его выводами. Для осаждения металла с управляющего электрода на резистивный электрод используется жидкий [Трейер В.В. Электрохимические приборы. - М.: Советское радио, 1978. - с., вып.39] или твердый электролит [Takahashi T., Yamamoto O. Запоминающие элементы переменного сопротивления с использованием твердых электролитов. - Denki kagaku, 1972, vol.40, pp.161-165]. Основными недостатками электроуправляемых резисторов пленочного типа являются:

1. Наличие ограничения диапазона изменений сопротивления из-за невозможности воспроизводимого получения пленки металла толщиной 10^-6 см.

2. Неравномерность осаждения пленки на резистивный электрод и принципиальные затруднения по воспроизведению структуры пленки при многократном использовании элемента, что отрицательно сказывается на стабильности работы устройства.

3. Изменение сопротивления пленки в процессе хранения, обусловленное физико-химическими процессами, протекающими на ее поверхности. (Химическое растворение, образование окислов, коррозия, т.п.).

Более совершенным электроуправляемым резистором является устройство, описанное в работе Такахаси Т. [Электрохимический элемент с применением смешанных проводников, - Denki kagaku, 1973, vol.41, №9, pp.723-727]. Управляемый резистивный элемент Такахаси представляет собой трехслойную таблетку, состоящую из Ag-электрода (I), твердого электролита Ag₆I₄WO₄ и резистивного электрода (II) из материала состава: (Ag ₂S)_0,69·(Ag_1,7Te)_0,285 ·(Ag₄P₂O₇)_0,025 . Токоподводы к электроду (II) выполнены из золота.

Управляемый резистор работает следующим образом: при прохождении управляющего тока (минус на Ag-электроде, плюс - на электроде (II) из смешанного проводника) - определенное количество серебра переносится из (Ag₂S)_0,69·(Ag _1,7Te)_0,285·(Ag₄P₂ O₇)_0,025 на Ag-электрод и сопротивление резистивного электрода (II) увеличивается. При смене полярности идет обратный процесс и сопротивление электрода (II) из сложно-композиционного материала уменьшается.

Описанный резистивный элемент с аналоговой памятью лишен недостатков, свойственных пленочным резисторам. Он стабилен в работе и обладает достаточной точностью воспроизводимости сопротивления, и имеет лучшие, чем у аналогов, характеристики "памяти". Данное устройство было выбрано в качестве прототипа.

К наиболее существенным недостаткам прототипа следует отнести малое относительное изменение сопротивления резистивного электрода при прохождений тока управления. Сопротивление электрода (II) в течение 5 минут изменяется в узком диапазоне значений "R" (от 0,2 Ом до 1,6 Ом), т.е. R_min :R_max=1:8. Существенным недостатком устройства является также малая область допустимых токов управления. (10^-3 ÷10^-5 А).

Целью данного изобретения является улучшение резистивно-временных характеристик элемента наряду с расширением диапазона токов управления.

Указанная цель достигается тем, что резистивный электрод элемента выполнен из материала (Ag_1,7Te)_0,85·(Ag ₄P₂O₇)_0,15, обладающего иным, чем у прототипа катионно-анионным соотношением и более высокой электрочувствительностью .

Предлагаемый резистивный элемент с аналоговой памятью состоит из Ag-электрода (I) и резистивного электрода (II) из (Ag_1,7Te)_0,85·(Ag₄ P₂O₇)_0,15, разделенных слоем твердого электролита Ag₆I₄WO₄ . Токоподводы к резистивному электроду заполнены из золота.

Электрохимическая ячейка элемента имеет вид:

Ag |Ag₆I₄WO₄|(Ag_1,7 Te)_0,85·(Ag₄P₂O₇ )_0,15 | Au

Основные характеристики предлагаемого резистора приведены в таблице 1.

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 электролита Ag₃I₄WO₄ 2 и ленточного П-образного резистивного электрода (II) из материала (Ag_1,7Te)_0,85·(Ag₄P ₂O₇)_0,15 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 - токоподводами ⌀ 0,2 мм 9.

Электроуправляемый резистивный элемент работает следующим образом: при прохождении управляющего тока (плюс на Au-электроде, минус на Ag) определяемое количество серебра переносится из резистивного электрода на Ag-электрод. Концентрация серебра в электродном материале (Ag_1,7 Te)_0,85·(Ag₄P₂O₇ )_0,15 падает, что приводит к увеличению его сопротивления. Сопротивление изменяется пропорционально количеству прошедшего электричества

где ΔR - изменение сопротивления резистивного электрода из (Ag _1,7Te)_0,85·(Ag₄P₂ O₇)_0,15, Ом; K - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность , характеризует электрочувствительность материала резистивного электрода; I - ток управления, A; τ - время изменения сопротивления резистивного электрода от R_min до R_max.

При смене полярности идет обратный процесс: концентрация серебра в резистивном электроде увеличивается, а сопротивление, соответственно, - уменьшается.

Таблица 1 Основные характеристики электроуправляемого резистора Параметр ЭУР Единица измерений Значение параметра Диапазон изменения значения сопротивления Ом2-220 Время изменения значения сопротивления во всем диапазоне С10-2·10 ⁵Ток управленияА 2·10^-2 - 10^-6 Изменение значения сопротивления в отсутствии управляющего сигнала (в течение суток) %0,25-0,5 Рабочий диапазон температур °C -10÷+90 Температурный коэффициент сопротивления по цепи считывания %/град 0,0106

Электрические свойства твердого электролита и резистивного электрода из (Ag _1,7Te)_0,85·(Ag₄P₂ O₇)_0,15 в процессе длительной работы не изменяются.

Пример исполнения

Был изготовлен электроуправляемый резистивный элемент с аналоговой памятью, который при испытаниях показал следующие характеристики:

Масса 1,2 г

Объем 0,6 см³

Диапазон изменения сопротивления

Диапазон токов управления 10^-6 ÷10^-2, А

Интервал рабочих температур -10÷+90°C

Температурный коэффициент изменения сопротивления по цепи считывания 0,0106; %/град.

Время достижения сопротивления зависит от величины управляющего тока. Так, при токе управления 2·10^-2 A R_max (220, Ом) достигается за 9,4 С, а при токе управления 2·10^-6 A - за 26 часов 6 минут. Зависимость изменения сопротивления во времени при различных величинах управляющего тока показана на фиг.2.

Диапазон изменения сопротивления , в 13 раз шире, чем у резистора-прототипа.

Свойства памяти элемента характеризуют следующие данные: самопроизвольное изменение сопротивления от R_max в отсутствие управляющего тока за 48 часов составило менее 0,5%.

Предлагаемый резистивный элемент устойчив в работе: после 2000 циклов (от R_min до R_max) элемент не изменил своих электрических характеристик. Рассматривая свойства данного резистора, следует отметить, что материал его резистивного электрода менее сложен по составу, чем трехкомпонентный материал у прототипа. За счет отсутствия промежуточного синтеза третьего компонента, входящего в состав электродного материала резистора-прототипа, в значительной степени упрощается технология изготовления резистивного электрода, а следовательно, и элемента в целом.

Наряду с этим большим преимуществом предлагаемого резистивного элемента является весьма малый температурный коэффициент сопротивления по цепи считывания, чем обеспечивается высокая точность функционирования устройства. Названный температурный коэффициент, равный 0,0106 %/град, на 1-1,5 порядка величин ниже, чем у известных аналогов. К сожалению, сведения о подобных характеристиках прототипа отсутствуют. 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 см³) и высокой стабильности работы.

Предлагаемые электроуправляемые резистивные элементы (благодаря рассматриваемым выше преимуществам) могут найти широкое многофункциональное применение в радиоэлектронной и радиотехнической промышленности.

Формула изобретения

Электроуправляемый резистивный элемент с аналоговой памятью, содержащий управляющий электрод, твердый электролит гексааргенат-тетра иодид вольфрама и резистивный электрод, отличающийся тем, что, с целью улучшения резистивно-временных характеристик элемента и расширения диапазона токов управления, резистивный элемент выполнен из материала общей формулы(Ag_1,7 Te)_0,85(Ag₄P₂O₇) _0,15

РИСУНКИ