Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к цифроаналоговым пьезоэлектронным преобразователям и может быть использовано в различных областях вычислительной техники и автоматики, а также при построении функциональных устройств управления исполнительных элементов систем растровой микроскопии. Цель - повышение надежности, быстродействия и расширение области применения за счет возможности перестройки параметров выходных сигналов. Для этого в устройство, содержащее биморфный пьезокерамический элемент, выполненный на входной и выходной пластинах, разделенных общим электродом, подключенным к шине нулевого потенциала, и сплошном электроде, размещенном с обратной стороны выходной пластины, усилитель выходных сигналов, выход которого является выходной шиной, дешифратор, вход которого соединен с выходом буферного регистра, соединенного информационными входами с шиной задания кода, а входом записи с шиной записи кода, формирователь сигнала возбуждения, первый вход которого соединен с шиной управления, введены амплитудные детекторы, аналоговые ключи, а на обратной стороне выходной пластины размещена многоэлектродная структура с k выходными электродами. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2020753
Класс(ы) патента: H03M1/66
Номер заявки: 4848091/24
Дата подачи заявки: 09.07.1990
Дата публикации: 30.09.1994
Заявитель(и): Ереванский политехнический институт им.К.Маркса
Автор(ы): Акопян В.С.; Ерофеев А.А.; Григорян К.Р.; Мкртчян Т.В.
Патентообладатель(и): Ереванский политехнический институт
Описание изобретения: Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть применено при построении преобразовательных устройств систем растровой микроскопии.
Известен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с биморфным сегнетопьезотрансформатором (СПТ), содержащий группу СПТ, первую и вторую группы аналоговых ключей, генератор переменного тока, операционный усилитель, регистр [1].
Недостатками известного ЦАП являются сложность функциональной настройки и частотного согласования нескольких СПТ, низкое быстродействие, ограниченный диапазон рабочих параметров и функциональных возможностей.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является функциональный ЦАП на основе биморфного СПТ, содержащий несколько СПТ, логическую схему управления, генератор импульсов возбуждения, буферный регистр, усилители выходного сигнала [2].
Недостатками известного ЦАП являются ограниченные функциональные возможности из-за сложности и низкой точности настройки, сложность частотного согласования СПТ, низкая достоверность воспроизведения функций, относительно низкая стабильность и низкое быстродействие.
Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и расширение функциональных возможностей.
Цель достигается тем, что ЦАП, содержащий биморфный пьезокерамический элемент, состоящий из входной и выходной пластин, разделенных общим электродом, подключенным к шине нулевого потенциала, и сплошного электрода, размещенного с обратной стороны входной пластины, усилитель выходных сигналов, выход которого является выходной шиной, дешифратор, вход которого соединен с выходом буферного регистра, информационные входы которого являются шиной задания кода, а вход записи - шиной записи кода, формирователь сигнала возбуждения, первый вход которого соединен с шиной управления, снабжен амплитудными детекторами, аналоговыми ключами и многоэлектродной структурой на обратной стороне выходной пластины с k выходными электродами, которые, кроме k-го, соединены с входами амплитудных детекторов, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих аналоговых ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, а выходы объединены и соединены с входом усилителя выходных сигналов, при этом k-й выходной электрод соединен с вторым входом формирователя сигнала возбуждения, выход которого соединен со сплошным электродом входной пластины.
На фиг. 1 показана функциональная схема ЦАП; на фиг. 2 представлены временные диаграммы его работы.
ЦАП содержит биморфный пьезокерамический элемент 1, состоящий из пьезокерамических пластин 2 и 3, общего электрода 4, подключенного к шине нулевого потенциала, входного электрода 5 и выходных электродов 6, зависимый генератор возбуждения, состоящий из усилителя 7, цепью положительной обратной связи подключенного к электроду 5 входной пластины, шину 8 управления включением ЦАП, соединенную с управляющим входом усилителя 7, амплитудные детекторы (АД) 9, соединенные входами с соответствующими электродами 6 выходной пластины, блок 10 логической схемы управления, состоящий из аналогичных ключей (АК) 11 и дешифратора (Дш) 12 на m выходов, которые соединены с соответствующими управляющими входами АК 11, причем информационные входы последних соединены с выходами соответствующих АД 9, буферный регистр РБ 13, соединенный информационными входами с шинами 14 задания кода преобразования, информационными выходами с соответствующими входами Дш 12, а управляющим входом с шиной 15 записи кода, выходной усилитель-повторитель 16 (Ус), вход которого соединен с выходами АК 11 блока 10, а выход подключен к выходной шине 17 ЦАП.
Работает ЦАП следующим образом.
Направления и величины остаточных поляризаций подэлектродных областей электрода 5 входной и электрода 6I выходной пластин, используемых в цепи положительной обратной связи зависимого генератора возбуждения пьезоструктуры, имеют противоположные и с целью получения максимальных значений выходных сигналов предельные значения Р0 = + Рr, Р61 =-Рr и не изменяются (на фиг. 1 условно принято направление стрелки относительно шины нулевого потенциала). Направления и величины остаточной поляризации подэлектродных областей электродов 6 за счет частично переключенных состояний поляризации имеют различные значения из диапазона Pj(Ni)∈-Pr _ +Pr, причем j= - число электродов выходной пластины; i= - число частично переключенных состояний. Число выходных электродов и число частично переключенных состояний зависят от формата входного кода ЦАП, т.е. от числа двоичных комбинаций входного кода Ni = 2n, где n - разрядность преобразователя, иначе в общем случае, k = m = 2n.
Каждому Ni-у входному коду ЦАП ставится в однозначное соответствие величина вектора остаточной поляризации Рj(Ni) подэлектродных областей одного из j-х электродов выходной пластины пьезоструктуры, однозначно определяющего амплитуду Uj(t) и фазу ϕj(t) сигнала выходного электрода.
В зависимости от полярности выходного сигнала ЦАП U(Ni) в нем приняты три диапазона изменений поляризаций подэлектродных областей j-х электродов. Так, положительным U(Ni) соответствуют частично переключенные состояния подэлектродных областей из диапазона Pj(Ni)∈+Pr-0, отрицательным значения U(Ni) соответствуют Pj(Ni)∈-Pr-0 , биполярным выходным U(Ni) - Pj(Ni)∈-Pr - +Pr.
При поступлении управляющего уровня на шину 8 включения зависимого генератора в пьезоструктуре возбуждаются колебания с частотой, равной или близкой к резонансной частоте пьезокерамического элемента fв ≈ fp, фиг. 2а). Вследствие прямого и обратного пьезоэффектов, а также свойств пьезоструктуры изменять параметры сигналов электродов выходной пластины в зависимости от направлений векторов и степени остаточной поляризации подэлектродных областей пластин 2 и 3 на выходных электродах, спустя промежуток времени t0 (время задержки t0 зависит от динамических свойств пьезоструктуры), устанавливаются пьезопреобразованные сигналы uj(t) = =kj(Ni)˙uв(t), где kj(Ni) - коэффициент передачи по каналу амплитуда - амплитуда j-го электрода с состоянием Рj(Ni) подэлектродной области, выходному сигналу uj(t) которого ставится в однозначное соответствие Ni-й входной код ЦАП; uв(t) - напряжение возбуждения пьезоструктуры с амплитудой Uв << ΔUn(i), где ΔUn(1) - амплитуда напряжения шага квантования частичного переключения подъэлектродной области (фиг. 2а,б).
Путем амплитудной селекции посредством АД 9 формируются уровни Um(i) пьезопреобразованных сигналов Uj(t) с j-х выходных электродов пьезоструктуры (фиг. 2б,д), которые поступают на входы соответствующих АК 11 блока 10 логической схемы управления.
Код Ni ЦАП устанавливается на информационных шинах 14, и по тактовому импульсу записи, поступающему на шину 15, производится запись кода Ni в РБ 13. На соответствующем i-м выходе Дш 12 по коду Niформируется управляющий сигнал i-го канала. При этом на выходе Ус 16 и выходной шине 17 устанавливается аналоговый сигнал U(Ni) = k(ui)˙Um(i), где k(ui) - коэффициент передачи Ус 16 (фиг. 2г,д).
Таким образом, преобразования двоичного кода Ni в аналоговый выходной сигнал осуществляется по амплитудному признаку путем возбуждения пьезоструктуры на квазирезонансной частоте, формирования Um(i) по пьезопреобразованным сигналам Uj(t) с выходных электродов пьезоструктуры, их идентификации с Ni-м двоичным кодом и выделения из Um(i) уровней по коду N посредством амплитудной селекции выходного аналогового сигнала U(Ni) ЦАП.
ЦАП позволяет формировать входной сигнал как в области положительных (фиг. 2д, кривая 1) или отрицательных (фиг. 2д, кривая 2), так и биполярных значений (фиг. 2д, кривая 3) в зависимости от настройки рабочего диапазона Рj(Ni). При этом отрицательные значения выходных сигналов устанавливаются, например, по признаку единичного состояния старшего разряда кода Ni.
Применение многоэлектродной пьезоструктуры позволяет обеспечить функциональную гибкость ЦАП. При идентичных конструктивных и схемотехнических параметрах за счет изменения диапазона частично переключенных состояний и величины шага квантования легко перестраивается рабочий диапазон. Использование зависимого источника возбуждения позволяет повысить стабильность, точность (не хуже 0,1%) и надежность ЦАП, а также делает его повышенной серийноспособности. При этом используются сигналы низкого уровня и ЦАП реализуется полностью в гибридно-интегральном исполнении.
Формула изобретения: ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий биморфный пьезокерамический элемент, состоящий из входной и выходной пластин, разделенных общим электродом, подключенным к шине нулевого потенциала, и сплошного электрода, размещенного с обратной стороны входной пластины, усилитель выходных сигналов, выход которого является выходной шиной, дешифратор, вход которого соединен с выходом буферного регистра, информационные входы которого являются шиной задания кода, а вход записи - шиной записи кода, формирователь сигнала возбуждения, первый вход которого соединен с шиной управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия и расширения области применения за счет возможности перестройки параметров выходных сигналов, в него введены амплитудные детекторы, аналоговые ключи, а на обратной стороне выходной пластины пьезокерамического элемента размещена многоэлектродная структура с K-выходными электродами, при этом K-1 выходных электродов соединены с входами амплитудных детекторов, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих аналоговых ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, а выходы объединены и соединены с входом усилителя выходных сигналов, а K-й выходной электрод соединен с вторым входом формирователя сигнала возбуждения, выход которого соединен со сплошным электродом входной пластины.