Функциональный фотопотенциометр Советский патент 1978 года по МПК G06G9/00 G06G7/26 H01C13/00 

1

Р1зобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике, где оно может быть использовано как в качестве позиционно-чувствительного датчика, реализующего различные функциональные зависимости, так и в качестве подстроечного элемента радиоаппаратуры.

Известны функциональные фотопотенциометры (ФФП). Один из известных ФФП содержит нанесенные на диэлектрическую подложку пленочный резистор, коллектор и коммутирующий их фотослой, причем на диэлектрическую подложку нанесена дополнительная резистивная пленка, контактирующая одновременно с резистором и коллектором по всей их длине 1.

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

Вращающийся световой зонд формируется призмой и короткофокусной линзой, насаженными на вал кулисы, которая соединена с миниатюрным электродвигателем 2.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ФФП, содержащий прямоугольную диэлектрическую подложку.

в направлении длины которой расположен омический коллектор, связанный в направлении пиирины подлол ки через прямоугольный коммутирующий фоторезистивный слой

с профилированной по длине и ширине резистивной плепкой, две противолежащие боковые границы внешнего контура которой снабжены омнческнми электродами, одними торцами соединенными с коммутнрующим фоторезистивным слоем, который оптически связан с функциональным входом ФФП 3.

Недостатками известных ФФП является низкая точность функцнонального преобразования и относительно большие габариты, обусловленные негомогенностью профилированной резистивной пленки, а 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, являющнеся эквнпотенциалами электрического поля, в общем случае не ортогональны профилированной границе резнстивной пленки, совпадающей с линией тока ноля. Угол пересечения линий электродов с профилированной границей

целиком и полностью определяется реализуемой функциональной зависимостью и может быть любым. Поэтому на участках, близких к электродам, возникают искажения, обусловленные неортогональностью нрофилированной границы с электродами ФФП. Это приводит к необходимости исключения из рабочего диапазона околоэлектродных участков резистивной пленки, что связано с увеличением габаритов прибора.

Целью изобретения является новышение точности работы и уменьшение габаритов фотопотенцнометра за счет использования всей профилированной поверхности резистивной нленки.

Для этого в ФФП часть поверхности резистивной пленки снабжена дополнительными внешними корректируюш,ими омическимн слоями, границы которых функционально профилированы и в направлении ширины подложки выполнены в соответствии с соотношением

т

2 V COSAcprr:Cyy o.«,(1)

ft 0

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

т,

2 Vsm/e F Cy/; o... (2) k-i

где bit - полиноминальные коэффициенты заданной входной функции /(х),

г YX + у f-aic.igy/x,

Cj и Cj - конструктивные постоянные, определяемые энергетическими характеристиками ФФП, X а Y соответственно - координаты резистивной нленки 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 ноля 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 нленки.

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 коммутирующим фоторезистивньш слоем 3, который оптически связан с помощью светового зонда 7 с входом ФФП. Контур профилированной резистивной пленки 4 ограничен двумя нарами взаимно ортогональных границ Со, Сп и CQ, С,,. Причем по одной царе границ искривлены омические электроды 5 и 6, создающие электрическое ноле в профилированной резистивной нленке 4, а другая пара составляет ее границы.

Это дает возможность для любых функциональных зависимостей вынолнять омические электроды 5, 6 ортогонально обеим границам профилированной резистивной

пленки 4 и избавиться тем самым от искажений электрического ноля в точках, близких к электродам, что повышает точность и уменьшает габариты ФФП. Кроме того, одновременное нрофилирование 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 нленка 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 микронанлывов, микровмятин и т. н.

Устройство работает следующим образом.

Омические электроды 5 и 6 создают в нрофилированной резистивной нленке 4 электрическое поле с требуемым законом распределения потенциала на границе z/ 0 профилированной резистивной нленки 4

f(x,0). При освещении световым зондом 7 ограниченной области коммутирующего фоторезистивного слоя 3 его сопротивление резко падает, что создает условия для передачи потенциала соответствующего участка нрофилированной резистивной пленки 4 на омический коллектор 2. Так как требуемое распределение потенциала f(x,0) профилированной резистивной пленки 4 реализуется полем с комплексным потенциалом

w((z), то разлагая комплексную функцию f(z) на действительную и мнимую части

f(z) U(X, Y) + tV(X Y) (3)

и приравнивая каждую из них произвольным постоянным Cj, Cj, получим семейство взаимно ортогональных линий

U(x,y) Cj,(4)

(гУ) с ,(5)

представляющих собой эквипотенциальные линии и линии тока реализуемого электрического поля. Очевидно, что если расположить омические электроды 5, 6, создающие поле в профилированной резистивной пленке 4 по эквипотенциальным линиям (4), при выбранном значении контакта, то свободные границы пленки будут совпадать с линиями тока (5). Это дает возможиость, 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, 6 и линий профиля зависят от требуемых эксплуатационно-энергетических характеристик прибора и определяются по формулам:

С, и (лго, 0); С„ и (х, О)- Co V (О, 0);

доп

С„ - Со + р

С г

где хо, Хт - диапазон преобразования;

Рдоп - допустимая мощность рассеяния;

Е - напряжение питания; р - удельное сопротивление резистивной пленки 4.

Задача разделения функций /(2) на действительную и мнимую слагаемые решается построением ее в виде степенного полия

нома Pn(z) У bftz, совпадающего

по коэффициентам с аппроксимирующим полиномом f(x)Pn(x), и последующим вычислением биномов вида 2:(). При этом удобно пользоваться тригонометрической формой комплексного числа

z - x-{-iy r (cos9 + / sinf). Тогда выражение (3) примет вид:

ср (г) 1 - 2 и (cosjfecf-f f )

/t--0

A 0

- 2 / COS + S ft sin A.

0k l

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.

Формула изобретения

Функциолальный фотопотенциометр, содержащий прямоугольную диэлектрическую подложку, в направлении длины которой расположен омический коллектор, связанный 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, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы и уменьшения габаритов фотопотенциометра за счет использования всей поверхности резистивной пленки, в нем часть поверхности резистивной пленки снабжена дополнительными внешними корректирующими омическими слоями, границы которых функционально профилированы и в направлении ширины подложки выполнены в соответствии с соотношением:

т

2 b/COSk--f С,./у,0,;;,

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

2 b r smkY ,«, ft-i

где bk - полиномиальные коэффициенты заданной входной функции f(x),

f - arctg y/x,

Cj и С; - конструктивные постоянные, определяемые энергетическими характеристиками фотопотенциометра, а X и-Усоответственио координаты резистивной

пленки в направлении длины и ширины диэлектрической подложки. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

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

2.Свечников С. В. «Фотодвухполюсиики, изд. «Техника, Киев, 1965.

3. Зюганов А. П. и др. Функциональный преобразователь на основе фотопотенциометра и его частотный диапазон работы. Сб. статей «Полупроводниковая техника и микроэлектроника, вып. 3, рис. 1, с. 182,

изд. «Наукова думка, Киев, 1969.

Л

f