Opublikowano: 15.11.1967 52624 KI. 42 k, 14/04 G 01 1 yf MKP UKO f/A8 :Z-"'**' ' Pi I1 I '.. ,¦!¦ ., .P - P'IPII JJtf '¦ Twórca wynalazku: dr inz. Bohdan Mroziewicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Pro¬ blemów Techniki, Warszawa (Polska) ua ^ienio??: »*»«e^: m^fi'$ --¦ Piezozlaczowy przetwornik tunelowy Przedmiotem wynalazku jest piezozlaczowy prze¬ twornik tunelowy zmian cisnienia lub przyspiesze¬ nia na zmiany napiecia elektrycznego.Transformacje te uzyskuje sie na skutek zmiany ksztaltu i przesuniecia statycznej charakterystyki diody tunelowej pod wplywem nacisku mechanicz¬ nego wywartego na powierzchnie zlacza pjn. Zja¬ wisko to wystepuje zarówno w klasycznych zla¬ czach p-n jak i w zlaczach p-n wykazujacych efekt tunelowy.Omówione powyzej zjawisko zostalo wykorzysta¬ ne do wykonania szeregu przetworników piezo- zlaczonych.Znany jest przetwornik (opisany w Solid State Electromies vol, 1 No 1 1960), w którym ostrze przenoszace nacisk sily, przylozone jest do kulki materialu, za pomoca której zostalo wykonane zlacze p-n.Ostrze spelnia równiez role doprowadzenia elek¬ trycznego do zrekrystalizowanego obszaru zlacza.Wada takiego przetwornika jest to, ze kontakt elek¬ tryczny jest niepewny i w duzym stopniu zalezy od nacisku. Wystepujace tarcie miedzy ostrzem i ma¬ terialem kulki uniemozliwia uzyskanie powtarzal¬ nego efektu piezazlaczowega Znany jest równiez przetwornik (Electronies, February 23, 1962 r) zawierajacy ostro zakonczo¬ na rurke, z wywierajaca nacisk na zr©krystalizo¬ wany obszar poprzez warstwe stopu. Doprowadze¬ nie elektryczne, uniezaleznione od ostrza, stano- 15 20 30 wi cienki drucik aluminiowy przewleczony przez otwór rurki.Wada tego przetwornika jest trudnosc wykona¬ nia ostrza, którego otwór ma srednice kilkudziesie¬ ciu mikronów, i w którym jest umieszczony prze¬ wód aluminiowy o mniejszej srednicy. Ponadto, ostrze o ksztalcie rurki wymaga przykladania znacznie wiekszych sil dla uzyskania potrzebnego cisnienia. Czulosc jego jest znacznie mniejsza w porównaniu do przetworników zawierajacych ostrza o ksztalcie kulistym.Wynalazek stawia sobie za cel wyeliminowanie omówionych wyzej wad, oraz stworzenie takiego przetwornika aby mógl byc regulowany wstepny nacisk ostrza na warstwe rekrystalizowana. Ponad¬ to wynalazek stawia sobie za cel wykonanie za¬ mocowania ostrza, który by zapewnil elastyczny kontakt ostrza i powierzchni diody.Wedlug wynalazku zostalo to osiagniete w ten sposób, ze ostrze zostalo umieszczone bezposred¬ nio na czesci zrekrystalizowanego obszaru zlacza, a pozostaly obszar zlacza jest pokryty stopem, do którego jest przylutowane doprowadzenie elek¬ tryczne. Takie wykonanie zlacza i doprowadzenia elektrycznego pozwolilo na wyeliminowanie wad omówionych wczesniej przetworników.Wstepna regulacje nacisku uzyskano przez umieszczenie diody na cylindrze, który jest przesu¬ wany wzdluz osi za pomoca sruby. Elastyczny 5262452624 kontakt ostrza i zlacza uzyskano przez zawieszenie ostrza na resorze.Przetwornik wedlug wynalazku zostanie objas¬ niony 'blizej na podstawie przykladu wykonania przedstawionego na rysunku, na którym fig. 1 5 przedstawia przetwornik w przekroju, fig. 2 zla¬ cze p-n diody tunelowej z przylozonym ostrzem, a fig. 3 charakterystyke diody.Przetwornik wedlug wynalazku, zabezpieczony obudowa, sklada sie z tunelowej diody c, ostrza b io ustawionego prostopadle do zlacza p-n diody c oraz z cylindra a przesuwanego za pomoca sruby f.Ostrze b jest osadzone i w elastycznym resorze d i zakonczone jest u góry membrana e. Cylinder a sluzy do wywierania najcisku wstepnego na ostrze ^ b. Przylozenie sily do ostrza b poprzez membrane e wzdluz osi tego ostrza powoduje zmiane ksztaltu statycznej charakterystyki tunelowej diody c.Tunelowa dioda c zmontowana jest w miniaturowej oprawce ceramicznej, zaopatrzonej w metalowy 2o pierscien.Zlacze p-n diody c wykonane jest przez wtopie¬ nie do plytki pólprzewodnikowej, na przyklad z germanu typu p, kulki stopu zawierajacego do¬ mieszke donorowa. Czesc kulki stopu jest usunieta metoda mechaniczna tak, ze zlacze p-n pozostaje czesciowo odsloniete. Ta odslonieta plaszczyzna zlacza p-n jest naciskana przez ostrze b. Kontakt elektryczny do obszaru typu n tunelowej diody c wykonany jest w postaci polaczenia, (na przyklad 30 drutem), pozostawionej w diodzie czesci kulki sto¬ pu pokrywajacej zlacze p-n, z metalowym pierscie¬ niem oprawki diody.Przetwornik wedlug wynalazku dziala po spo¬ laryzowaniu diody c w kierunku przewodzenia na- 3- pieeiem stalym UB ze zródla o odpowiednio dobra¬ nej opornosci szeregowej Rs. Zmiana nacisku me¬ chanicznego, wywieranego na membrane e ostrza b powoduje wówczas zmiane spadku napiecia na diodzie c. Przy odpowiedniej polaryzacji UB moz¬ na wykorzystac takze nieliniowosc charakterystyki tunelowej diody c i uzyskac skokowa zmiane na¬ piecia AV w wyniku przylozenia do membrany c bardzo malej sily AT. Uzyskuje sie wówczas czuj¬ nik o bardzo duzej czulosci.W przypadku gdy do membrany e przymocowa¬ ny zostanie kawalek metalu o okreslonej masie, przetwornik moze sluzyc jako wskaznik przyspie¬ szenia.Przetwornik wedlug wynalazku moze miec za¬ stosowanie wszedzie, tam gdzie jest mozliwosc za¬ miany drgan mechanicznych i nacisków na sygnal elektryczny. PL