Функциональный фотопотенциометр

 

11Цб40328ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со1оз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.04.76 (21) 2356589/18-24 (51) М. Кл.

6 06G 9/00

G 06G 7/26

Н 01С 13/00 с присоединением заявки ¹

Гасударственный комитет

СССР (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.12.78. Бюллетень № 48 (45) Дата опубликования описания 30.12.78 (53) УДК 681.333 (088.8) па делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

Н. Е. Конюхов, А. А. Плют, Б. В. Скворцов, Г. В. Клюев и С. А. Никольский (71) Заявитель

Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт имени академика С. П. Королева (54) ФУНКЦИОНЛЛЪНЫЙ ФОТОПОТЕНЦИОМЕТР

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике, где оно может быть использовано как в качестве позиционно-чувствительного датчика, реализующего различные функциональные 5 зависимости, так и в качестве подстроечного элемента радиоаппаратуры.

Известны функциональные фотопотенциометры (ФФП). Один из известных ФФП содержи г нанесенные на диэлектрическую 10 подложку пленочный резистор, коллектор и коммутирующий их фотослой, причем на диэлектрическую подложку. нанесена дополнительная резистивная пленка, контактирующая одновременно с резистором и коллек- 15 тором по всей их длине (1).

Другим известным ФФП, предназначенным для генерирования периодических сигналов, является прибор, использующий вместо линейной развертки круговую. Это обес- 20 печивается выполнением элементов ФФП в виде плоского кольца.

Вращающийся световой зонд формируется призмой и короткофокусной линзой, насаженными на вал кулисы, которая соеди- 25 иена с миниатюрным электродвигателем (2).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ФФП, содержащий прямоугольную диэлектрическую подложку, 30 в направлении длины которой расположен омпческий коллектор, связанный в направлении ширины подложки через прямоугольный коммутирующий фоторезистивный слой с профилированной по длине и ширине резпстивной пленкой, две противолежащие боковые границы внешнего контура которой снабжены омическими электродами, одними торцами соединенными с коммутирующим фоторезистивным слоем, который оптически связан с функциональным входом

ФФП (3).

Недостатками известных ФФП является низкая точность функционального преобразования и относительно большие габариты, обусловленные негомогенностью профилированной резистивной пленки, а также тем, что контур резистивной пленки, представляющей криволинейную трапецию, профилированную в соответствии с требуемым законом преобразования, не может обеспечить высокой точности реализации функциональных зависимостей, так как прямолинейные электроды, являющиеся эквипотенциалами электрического поля, в общем случае не ортогональны профилированной границе резистивной пленки, совпадающей с линией тока поля. Угол пересечения линий электродов с профилированной границей целиком и полностью определяется реали640328 где

3 зуемой функциональной зависимостью и может быть любым. Поэтому на участках, близких к электродам, возникают искажения, обусловленные неортогональностью профилированной границы с электродами

Ф Ф11. Это приводит к необходимости исключения из рабочего диапазона околоэлектродных участков резистивной пленки, что связано с увеличением габаритов прибора.

Целью изобретения является повышение точности работы и уменьшение габаритов фотопотенциометра за счет использования всей профилированной поверхности резистивной пленки.

Для этого в ФФП часть поверхности резистивной пленки снабжена дополнительEIbIMH внешними корректирующими омическими слоями, границы которых функционально профилированы и в направлении ширины подложки выполнены в соответствии с соотношением т b,г" cosйр = С / =о,„, (1)

u=o а границы внешнего контура резистивной пленки в направлении длины подложки выполнены в соответствии с соотношением:

", b r sinÜð=C;/; о (2)

u=E

bq — полиноминальные коэффициенты заданной входной функции f(x)

r = х + у, р = arctg у/х, С; и С ; — конструктивные постоянные, определяемые энергетическими характеристиками ФФП, Х и У соответственно — координаты резистивной пленки в направлении длины и ширины диэлектрической подложки. Это дает возможность заменить электроды дополнительными внешними корректирующими слоями и для любой функциональной зависимости выполнять их ортогонально обеим границам резистивной пленки и избавиться тем самым от искажений электрического поля в точках, близких к электродам, что повышает точность и уменьшает габариты ФФП. Кроме того, одновременное профилирование свободных границ резистивной пленки позволяет минимизировать общую площадь резистивной пленки.

На чертеже представлена принципиальная схема ФФП.

ФФП содержит диэлектрическую подложку 1, на которой последовательно расположен омический коллектор 2, связанный через прямоугольный коммутирующий фоторезистивный слой 3 с профилированной резистивной пленкой 4, две противолежащие боковые границы внешнего контура которой снабжены омическими электродами 5, 6, одними торцами соединенными с коммути5

4 рующим фоторезистивным слоем 3, который оптически связан с помощью светового зонда 7 с входом ФФП. Контур профилированной резистивной пленки ограничен двумя парами взаимно ортогональных границ Со, С„и С,, C„. Причем по одной паре границ искривлены омическне электроды 5 и б, создающие электрическое поле в профилированной резистивной пленке 4, а другая пара составляет ее границы.

Это дает возможность для любых функциональных зависимостей выполнять омические электроды 5, б ортогонально обеим границам профилиров анной резистивной пленки 4 и избавиться тем самым от искажений электрического поля в точках, близких к электродам, что повышает точность и уменьшает габариты ФФП. Кроме того, одновременное профилирование свободных границ и омических электродов 5, 6 позволяет минимизировать общую площадь резистивной пленки 4.

Для уменьшения негомогенности профилированной резистивной пленки 4 и повышения тем самым точности работы фотопотенциометра в нем профилированная резистивная пленка 4 снабжена корректирующими контурами 8, границы которых функционально профилированы. Корректирующие контуры 8 могут быть выполнены как области, имеющие пониженную или повышенную проводимость, например в виде микронаплывов, микровмятин и т. п.

Устройство работает следующим образом.

Омические электроды 5 и 6 создают в профилированной резистивной пленке 4 электрическое поле с требуемым законом распределения потенциала на границе у=О профилированной резистивной пленки 4

f(x,О). При освещении световым зондом 7 ограниченной области коммутирующего фоторезистивного слоя 3 его сопротивление резко падает, что создает условия для передачи потенциала соответствующего участка профилированной резистивной пленки 4 на омический коллектор 2. Так как требуемое распределение потенциала f(x, О) профилированной резистивной пленки 4 реализуется полем с комплексным потенциалом и (з) =1 (я), то разлагая комплексную функцию f(z) на действительную и мнимую части

f(а) =U(Х, Y)+ V(Х, 1 ) (3) и приравнивая каждую из них произвольным постоянным C-, С,, получим семейство взаимно ортогональных линий

U(x,ó) = С,, (4)

V(x,ó) = С,, (5) представляющих собой эквипотенциальные линии и линии тока реализуемого электрического поля. Очевидно, что если расположить омические электроды 5, 6, создающие поле в профилированной рсзистивной плен640328

5 ке 4 по эквипотенциальным линиям (4), при выбранном значении контакта, то свободные границы пленки будут совпадать с линиями тока (5). Это дает возможность, выполняя контур резистивной пленки 4 по уравнениям (4) и (5), с высокой точностью реализовывать требуемую функцию распределения потенциала f(x,0).

Произвольные постоянные для омических электродов 5, б и линий профиля зависят от требуемых эксплуатационно-энергетических характеристик прибора и определяются по формулам:

С, = U (xo t 0); С„=- У (х„„0); Со У (О, 0); с,,=- с, +р Р"" ф— С,, Е где (хо, xm) — диапазон преобразования;

P>< — допустимая мощность рассеяния;

Š— напряжение питания; р — удельное сопротивление резистивной пленки 4.

Задача разделения функций f(z) на действительную и мнимую слагаемые решается построением ее в виде степенного полиIt нома P (z) = " b1,z, совпадающего к=о по коэффициентам с аппроксимирующим полиномом f (x) = Р„(х), и последующим вычислением биномов вида z (х+ 1у) ". При этом удобно пользоваться тригонометрической формой комплексного числа

z = х+1у = r (cos р+ 1 sin q).

Тогда выражение (3) примет вид:

П П

y (z) о г" : ") b,г" (соМа+1sink)—

4=0 u=o

--, b r cos k + i g b з1п 1;.

u=o =1

Откуда получаем уравнения (1) и (2).

Использование разработанного ФФП в автоматических следящих системах позволяет не только существенно повысить их точность и надежность, но и минимизировать их структуру.

53

Формула изобретения

Функциональный фотопотенциометр, содержащий прямоугольную диэлектрическую подложку, в направлении длины которой расположен омический коллектор, связан- 55 ный в направлении ширины подложки через прямоугольный коммутирующий фоторезистивный слой с профилированной по длине и ширине резистивной пленкой, две противолежащие боковые границы внешнего контура которой снабжены омическими электродами, одними торцами соединенными с коммутирующим фоторезистивным слоем, который оптически связан с функциональным входом фотопотенциометра, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы и уменьшения габаритов фотопотенциометра за счет использования всей поверхности резистнвной пленки, в нем часть поверхности резистивной пленки снабжена дополнительными внешними корректирующими омпческими слоями, границы которых функционально профилированы и в направлении ширины подложки выполнены в соответствии с соотношением:

g b„r cos k — C,/, o ..., Д=о а границы внешнего контура резистивной пленки в направлении длины подложки выполнены в соответствии с соотношением: щ

g б„r sin k< — С,/. о, „, /г 1 где bit -- полиномпальные коэффициенты заданной входной функции ((х), r = 1 х + 11", = — arctg у/х, C и C,: — конструктивные постоянные, определяемые энергетическими характеристиками фотопотснциометра, а Х и Усоответственно координаты резистнвной пленки в направлении длины и ширины диэлектрической подложки.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 384145, кл. Н 01С 7/08, 1971.

2. Свечников С. В. «Фотодвухполюсники», изд. «Техника», Киев, 1965.

3. Зюганов А. Н. и др. Функциональный преобразователь на основе фотопотенцпометра и его частотный диапазон работы.

Сб. статей «Полупроводниковая техника и микроэлектроника», вып. 3, рис. 1, с. 182, изд. «Наукова думка», Киев, 1969, - 640328

Составитель Ю. Козлов

Редактор Ю. Челюканов Техрсд A. Камышникова

Корректор Т, Добровольская

Заказ 2637/9 Изд. № 142 Тираж 799 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2