RU 
EN 
CN 
ES 
2. СЕКЦИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭА
СЕКЦИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И
КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭА
УДК 330.341:62
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ УСРЕДНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ПРИ АНАЛИЗЕ ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Кузнецов А.В.
Научный руководитель – д.т.н., профессор Юдин В.В.
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
В данной работе представлена общая методика усреднения параметров технического объекта (ТО), нашедшая применение в анализе цифровых преобразователей напряжения.
Рассматривается ТО, характеризующийся совокупностью параметров р1, р2, …, рn, каждый из которых зависит от некоторого аргумента х (режимных параметров, параметров сети, факторов внешней среды и т.д.). При изменении аргумента в диапазоне Х = [хmin, хmax] указанные параметры в общем случае изменяют свои числовые значения, воспроизводя функциональные зависимости р1(х), р2(х), …, рn(х).
Аналитически выводятся формулы усреднения параметров ТО в диапазоне D х
или в общем виде
где 
- весовые коэффициенты.
Использование данной методики применительно к цифровым преобразователям переменного напряжения (ЦППН) позволило проанализировать ряд эквивалентных схем ЦППН по их электротехническим параметрам и разработать обобщенные формулы усреднения мощности и КПД.
УДК 681.514.015
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАБИЛИЗАЦИИ
ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ФЕРРИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Соболев А.В.
Научный руководитель – д.т.н., профессор Юдин В.В.
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
В процессе производства партии ферритовых изделий подлежат приемо-сдаточным испытаниям. По результатам испытаний делают вывод о годности партии.
Вследствие множества технологических причин партии имеют разброс по основным параметрам контроля, и отдельные элементы могут ошибочно оказаться годными. Для количественной оценки такого риска можно разработать модель принятия решений.
Контролируемый параметр распределен в диапазоне [r1, r2]. Изделие признается годным, если значение параметра принадлежит интервалу [q1, q2], заданному стандартом. Некоторое значение из диапазона может принадлежать любому из интервалов:
(¥ , q1,) ; [q1, q2] ; [q2, ¥ ].
Из вышесказанного следует, что можно выделить 6 основных вариантов размещения границ интервалов. Обозначим их индексами 11, 12, 13, 22, 23, 33. Анализируя варианты, вероятности признания партии годной Р (Г) и признания партии бракованной Р (Б) определяются следующими соотношениями:
Р (Г) = Р12 × q12 + q12 n + Р13 × q13 n + Р22 + Р23 × q23 n ,
Р (Б) = Р11 × + Р12 × (1- q12 n ) + Р13 × (1 - q13 n )+ Р23 (1 - q23 n ) + , Р33
где Рij – вероятности соответствующего индексному обозначению соотношения границ интервалов,
qij – вероятности принятия решения о годности партии в процессе выборочного контроля при условии, что имело место соответствующее индексам соотношение границ интервалов.
Для использования этих формул можно разработать методику оценки вероятностей для различных вариантов соотношений границ. (Она основана на том, что для каждой партии строится функция распределения, близкая к нормальному закону распределения и границы связаны допусками ± 3 d ).
УДК 621.314.25
Выбор варианта первичного преобразования сигналов
с датчиков технологического процесса
Масленок М.В.
Научный руководитель - д.т.н., профессор Юдин В.В.
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
Система управления технологическим процессом содержит совокупность из r датчиков. Статические характеристики датчиков отличаются аналитическими зависимостями и диапазонами выходных сигналов. Преобразование первичной информации может осуществляться в соответствии с разными схемами. Цель исследования – определение экономической целесообразности при применении разных схем преобразования сигналов с датчиков и выбор наиболее приемлемого варианта.
Наиболее часто используют три схемы преобразования сигналов с датчиков. Это, во-первых, схема, осуществляющая ненормированное преобразование с цифровой коммутацией (в формулах соответствует индексу a), во-вторых, схема, осуществляющая ненормированное преобразование с аналоговой коммутацией ( индекс б), и в-третьих, схема, реализующая нормированное преобразование с аналоговой коммутацией ( индекс в). Введем обозначения для стоимости каждого из элементов рассматриваемых схем: SD1,SD2…SDr-стоимости датчиков, SИК,SАК-цифрового и аналогового коммутаторов, SN1,…SNr-нормирующих элементов.
Затраты для каждого из вариантов составляют:
Таким образом, после расчета стоимостей Sа, Sб и Sв, выбирается схема, c меньшим уровнем затрат.
УДК 621.313
СИНТЕЗ ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ
ЦИФРОВЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛЕДЯЩИМ ПРИВОДОМ
С НЕЖЁСТКОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМОЙ
Васютин Е. В.
Научный руководитель – д. т. н., доцент Горячев О. В.
Тульский государственный университет
К электрическим приводам современных технических комплексов предъявляются жёсткие требования по точности отработки входного сигнала, быстродействию и качеству переходного процесса. Как правило, силовые системы таких приводов представляют собой сложные нелинейные электромеханические системы, на характеристики которых существенное влияние оказывают нежёсткость механических передач с многомассовой схемой замещения, ограничения напряжения питания и тока исполнительного двигателя, сухое трение. Удовлетворение совокупности предъявляемых требований возможно на основе метода нелинейного алгоритма управления с последующей цифровой реализацией.
Отличительной особенностью предлагаемого закона управления является адаптивная структура алгоритма переключения оптимального по быстродействию и апериодического управлений. Основой синтеза является математическое описание силовой системы ЭСП методами пространства состояний. Коэффициенты обратных связей апериодического закона управления рассчитываются для непрерывного объекта по желаемым корням характеристического полинома замкнутой системы. При синтезе оптимального закона управления используется не детерминированная поверхность переключения, а условия переключения, определяемые из анализа значений апериодического управления и прогнозирования поведения системы на каждом шаге управления.
В среде MatLAB с применением пакета Simulink разработано программное обеспечение, осуществляющее автоматизированный синтез ЦЭСП с переключаемым алгоритмом управления. Результаты численного эксперимента для электрического привода с двухмассовой нежёсткой механической подсистемой показали точную отработку входного сигнала при любых его значениях и слежение за предельным гармоническим сигналом с допустимой динамической ошибкой.
УДК 621.383.4:621.785.36
ПЛАНАРНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ЛОКАЛЬНЫХ
ПЛЕНОК ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
Кемерчев Г.П., Косенко Д.И.
Научный руководитель – к.ф.-м.н., доцент Мамиконова В.М.
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Эффект аномального фотонапряжения (АФН-эффект) в пленках поликристаллического кремния (ППК) представляет значительный интерес для разработки планарных фотопреобразователей и солнечных элементов (СЭ), не требующих создания дополнительного р-п-перехода. Однако известные методы создания таких приборов не обеспечивают высокой фотоэффективности. В данной работе исследовалась возможность повышения фотоэффективности планарного СЭ на основе ППК импульсной термообработкой некогерентным ИК-излучением (ИТО).
Исследовались ППК n-типа проводимости прямоугольной формы 400х40 мкм2, толщиной пленки 5 мкм и концентрацией фосфора 1015 см-3, полученные по технологии. Образцы подвергались ИТО излучением с длинами волн l =0,3-2,5 мкм и мощностью Р=50 Вт/см2 в течение 30с. Одна партия образцов располагалась в процессе ИТО лицевой стороной (содержащей ППК) к ИК-излучателю, а другая тыльной стороной (подложкой). Проводились измерения фотоэлектрических параметров структур в вентильном режиме, темновых ВАХ и ВАХ при освещенности 3000 лк до и после ИТО.
Эксперименты показали, что в случае расположения образцов лицевой стороной к излучателю одновременное воздействие на ППК в процессе ИТО температуры и импульса излучения приводит к дополнительной модификации их свойств по сравнению с ИТО тыльной стороны. Фотонапряжение образцов, прошедших ИТО лицевой стороной достигало 0,27-0,42В, а фототек — 17,5-5,4мкА соответственно. Особенности ИТО лицевой стороной обусловлены возникновением фотонапряжения на потенциальных барьерах границ зерен в момент воздействия мощного импульса излучения, их структурной перестройкой и образованием АФН-структуры диодного типа с соответствующим увеличением фототока и повышением фотоэффективности структур.
УДК621.3.032
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ
И МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Денисов И. В.
Научный руководитель - д.т.н., профессор Ефанов В.Н.
Уфимский государственный авиационный технический университет
Повышение технического уровня и качества проектируемых микропроцессорных и микроэлектронных средств измерения, сокращение сроков их производства существенно зависят от внедрения в инженерную практику систем автоматизированного проектирования (САПР), в частности систем схемотехнического проектирования (ССП). В связи с высокой сложностью разрабатываемых устройств возникает задача систематизации знаний в области анализа и расчёта электронных схем, формирования общей методологической основы, отражающей внутреннее единство отдельных этапов расчёта, начиная с выбора архитектурных и схемотехнических решений, определяющих эффективность функционирования комплексных электронных устройств и систем, и кончая детальным расчётом отдельных элементов, включая анализ их чувствительности и стабильности при случайном разбросе технологических параметров. Использование ССП позволяет отказаться от экспериментальных исследований проектируемого устройства, что существенно ускоряет процесс создания электронной схемы. В докладе предлагается методика выбора оптимального схемотехнического варианта построения указанных устройств. При этом процедура выбора содержит два взаимосвязанных этапа принятия решений: выбор оптимального плана имитационного моделирования соответствующих схемных вариантов с целью повышения достоверности их оценки и выбор наилучшей проектной альтернативы применительно к заданному уровню детализации разрабатываемого изделия. Программная реализация ССП выполнена на базе объектно-ориентированного языка программирования Delphi 5 и включает интерфейс пользователя, базу данных, в которой хранятся эквивалентные схемы типовых устройств микропроцессорных и микроэлектронных средств измерений, и динамическую базу знаний, содержащую алгоритмы топологического и параметрического анализа, построения математических моделей в сокращенном гибридном базисе, а также алгоритмы схемотехнического проектирования для статического и динамического режимов работы.
УДК 681.3.001.63
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ЗАДАЧЕ ТРАССИРОВКИ БИС
Аглиев И.Р.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Воронова В.В.
Казанский государственный технический университет
Трассировка - это заключительный и важнейший этап конструкторского проектирования больших и сверхбольших интегральных схем (БИС, СБИС).
Новым подходом к решению задачи трассировки БИС можно считать применение Генетических алгоритмов (ГА). Основная особенность ГА состоит в том, что анализируется не одно решение, а некоторое подмножество квази оптимальных решений, называемых "хромосомами". Это подмножество носит название "популяция".
Основными генетическими операторами являются кроссинговер и мутация. В нашем случае операция кроссинговер реализуется путем вероятностного выбора родительской пары хромосом и формирования на ее основе потомков путем взаимооднозначного обмена гомологичными генами. В общем случае хромосомы могут обмениваться группами гомологичных генов.
Целью генетического поиска является нахождение такой хромосомы и с таким расположением элементов в генах, которые обеспечивают при декодировании оптимальное значение фитнесса, т.е. фактически решения задачи трассировки.
В работе предложена новая схема генетического поиска на примере одной из важнейших задач САПР. Результаты экспериментов показали, что данный алгоритм позволяет получать решения, близкие к оптимальным, за достаточно малое время.
Разработаны принципы формирования исходной популяции, и модифицированы основные генетические процедуры: селекция, кроссинговер, мутация.
Разработан программный продукт в среде визуального программирования Delphi.
УДК 621.396.6.001
применение генетических алгоритмов
в оптимизации цифровых узлов
Бурлакова Ю.В.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Чермошенцев С.Ф.
Казанский государственный технический университет
Цель данной работы - разработка алгоритма оптимизации цифровых устройств с помощью генетических алгоритмов.
Исходные данные – физико-геометрические и электрические параметры межсоединений и печатной платы; параметры генетического алгоритма.
Генетический алгоритм - оптимизационный эвристический алгоритм, основанный на принципах естественного отбора и естественной генетики. Оптимизируемые переменные представлены в виде генов. Совокупность генов на одном этапе решения задачи – хромосома. Совокупность хромосом на одном этапе решения – популяция.
Хромосома представляет собой матрицу размером n´ K, где n – количество оптимизируемых переменных, К – размерность хромосомы (8, 16 или 32 бит). Оптимизируемые переменные – геометрические параметры проводников (длина l, ширина w, толщина d) и печатной платы (высота h).
Размер популяции – 20 хромосом. Отбор осуществляется с использованием оператора элитизма. Мутация и кроссовер – одноточечные. Вероятность осуществления мутации – 0,1; вероятность осуществления кроссовера – 0,9.
В качестве функции пригодности выбрано произведение задержки на перекрестную помеху. Результатом оптимизации признается хромосома с наименьшей функцией пригодности в двадцатом поколении.
В работе исследуется линия без потерь. Её анализ и оптимизация проводились в программно-методическом комплексе ПА-9.
Результатом работы является разработка генетического алгоритма применительно к задаче оптимизации цифровых узлов.
УДК 621.396.6
ПРОСТОЙ АЛГОРИТМ ТРАССИРОВКИ
МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Фролов С. В.
Научный руководитель – к. т. н., доцент Воронова В. В.
Казанский государственный технический университет
Когда появляется необходимость осуществить трассировку большого количества печатных проводников, приходится использовать многослойные печатные платы. Трассировка многослойных печатных плат осуществляется с применением методов расслоения схемы, основанных на алгоритмах получения планарных графов. При этом вначале осуществляют расслоение, а затем каждый слой трассируют.
Предлагаемый алгоритм многослойной трассировки, представляет собой трехмерный аналог волнового алгоритма Ли и не требует расслоения.
Имеется пространство трассировки – печатная плата размерами W x H c N слоями металлизации. Пространство рассматривается как трехмерное, третья координата которого – номер слоя.
Для соединения двух точек проводником алгоритм вначале распространяет трехмерную волну из начальной точки в конечную. При этом веса ячейкам присваиваются по особому правилу таким образом, что алгоритм будет стремиться провести проводник в текущем слое, а на другой слой он перейдет только в том случае, если провести трассу в одном слое невозможно. После того, как волна достигнет конечной точки строящейся трассы, алгоритм приступит непосредственно к построению проводника. Построение осуществляется по аналогии с алгоритмом Ли. При этом если происходит переход в другой слой (изменение z-координаты), алгоритм производит заполнение всех ячеек с текущими координатами (xт,yт,zi), где zi =1…N. Таким образом формируются межслойные переходы.
Предложенный алгоритм, возможно, не обладает большим быстродействием, по сравнению с другими подобными методами, но может использоваться как упрощенная альтернатива существующим методам.
УДК 621.396.6
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ
КРАТЧАЙШИХ ПОКРЫВАЮЩИХ ДЕРЕВЬЕВ
Фролов С.В.
Научный руководитель – доцент, к.т.н. Воронова В.В.
Казанский государственный технический университет
В данной работе предлагается новый подход к решению задачи построения кратчайших покрывающих деревьев: использование генетического алгоритма. Генетический алгоритм - это оптимизационный эвристический алгоритм, основанный на принципах естественного отбора и естественной генетики. Оптимизируемые переменные представлены в виде генов. Совокупность генов на одном этапе решения задачи – хромосома. Совокупность хромосом на одном этапе решения – популяция.
При решении задач генетическими алгоритмами огромную роль играет правильное проектирование хромосом. Если хромосома спроектирована неправильно, может возникнуть большое количество некорректных, ложных решений, и эффективность алгоритма резко снизится из-за больших затрат времени на обработку этих решений. Предлагаемый алгоритм спроектирован так, что при его работе ложные решения не появляются в принципе.
Суть алгоритма заключается в следующем: хромосома представляет последовательность, в которой вершины включаются в строящееся дерево. Процедура преобразования кода хромосомы в решение анализирует хромосому, последовательно добавляя в строящееся дерево вершины из множества заданных. Каждая хромосома популяции однозначно задает одну последовательность включения вершин, которая является решением. Новые решения появляются в результате скрещивания и мутации. Для каждой особи вычисляется функция пригодности, являющаяся суммарной длиной связей, и в популяции остаются только особи с наименьшим значением функции. Мутация, скрещивание и отбор продолжаются до тех пор, пока не стабилизируется значение функции пригодности в некотором заданном диапазоне.
Данный алгоритм реализован программно. Было проведено его испытание на тестовых примерах.
УДК 621.396.6
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАЗМЕЩЕНИЮ
ОДНОГАБАРИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ
Володин С.Ю.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Воронова В.В.
Казанский государственный технический университет
Наиболее важным приложением генетических алгоритмов (ГА) явилась оптимизация многопараметрических функций. Многие реальные технические задачи могут быть сформулированы как задачи поиска оптимального решения многопараметрической функции. В некоторых случаях не представляется возможным найти такие значения параметров, при которых достигается точное значение целевой функции. Тогда ГА – наиболее приемлемый метод для поиска “хороших” решений. Сила генетического алгоритма в его способности манипулировать одновременно многими параметрами, а также в том, что ГА осуществляет не просто случайный поиск, а эффективно использует информацию, накопленную в процессе эволюции.
В докладе рассматривается решение задачи размещения электроэлементов (ЭЭ) на непрерывном монтажном пространстве методом ГА. Применение ГА в данной задаче позволяет осуществить выход из локальных оптимумов, чего нельзя добиться при применении более старых алгоритмов решения задачи размещения. Структура задачи размещения одногабаритных элементов задается посредством ограничений пространства размещения (габариты монтажной платы, количество установочных мест), матрицей смежности, указывающей количество связей между элементами, а также количеством размещаемых элементов. Хромосома при решении данной задачи представлена следующим образом: порядковый номер гена в хромосоме соответствует порядковому номеру элемента. В каждом гене gij хранятся два параметра аij и bij на основе которых определяется позиция и координаты элемента, соответствующего гену gij. В качестве адаптированного для данной задачи оператора мутации (ОМ) применяется метод релаксации. Практика показала, что операторы мутации, основанные на использовании старых методов оптимизации размещения, позволяют в процессе работы быстро улучшать структуру ГА и качество решения задачи, помогая выходу из локальных оптимумов. Данный оператор мутации замечателен тем, что позволяет быстро получить хромосому–мутанта с хорошей фитнес–функцией.
УДК 621.396.6
КОМПОНОВКА ЭЛЕМЕНТОВ ЦИФРОВЫХ УЗЛОВ
ГЕНЕТИЧЕСКИМИ АЛГОРИТМАМИ
Суздальцев И.В.
Научный руководитель – к. т.н., доцент Чермошенцев С.Ф.
Казанский государственный технический университет
Цель работы – разработка математической программной модели компоновки цифровых узлов генетическими алгоритмами. Задача компоновки рассматривается как задача разбиения схемы на части так, чтобы количество связей между образовавшимися блоками было минимально, а количество элементов в блоке не превышало заданной нормы. К исходным данным задачи относятся: схема узла; количество блоков; площадь печатной платы; плотность размещения на ней элементов; площадь проекции элемента на плату (предполагается использование элементов одинаковых габаритов).
Генетический алгоритм – уникальный оптимизационный алгоритм, в основу которого легли естественные биологические процессы. Критерии оценки результата представлены в виде генов. Совокупность генов – хромосома. Совокупность хромосом одного этапа решения образуют популяцию. Принцип работы генетического алгоритма заключается в следующем. В первом поколении получается некоторое количество хромосом, каждая из которых обладает своим набором генов. Для каждой из хромосом вычисляем функцию пригодности, в качестве которой взято произведение количества связей между блоками и количества элементов в них. Таким образом, проводится отбор, в результате которого “выживают” лишь генетически пригодные особи. Далее проводится скрещивание, где сравниваются каждые пары хромосом между собой по их генетическому составу. Для решения задачи созданы с использованием языка TURBO C программные средства. В подтверждении эффективности метода рассмотрены ряд тестовых примеров.
УДК 624.04
МЕТОДИКА РАСЧЁТА НА ПРОЧНОСТЬ
ВЫВОДОВ КРИСТАЛЛОВ МИКРОСХЕМ
Сабирова Д.Р.
Научный руководитель - д.т.н., профессор Моисеев В.С.
Казанский государственный технический университет
В современных летательных аппаратах большой объем занимает бортовое радиоэлектронное оборудование.
Наиболее слабым звеном микросхем являются выводы кристаллов, которые находятся внутри их корпуса. В работе они рассматриваются как криволинейные стержни, закреплённые на концах. Требуется оценить величину деформации, приводящей к разрыву, выводов кристаллов при ускорении 30000 g . Разработана методика приближенного расчета усилий перемещения при действии на выводы кристаллов инерционной и ударной нагрузок при отсутствии и заливке выводов компаундом. В работе были введены и решены дифференциальные уравнения прогибов стержня, продольных перемещений и угла поворота сечений стержня. Составлен комплекс программ в среде Delphi 4, расчёт на котором позволяет получить результаты в виде графиков и таблиц с возможностью в диалоге изменять исходные данные.
С помощью разработанного комплекса программ были проведены тестовые расчёты для различных видов интегральных микросхем. Просчитаны микросхемы, выводы которых имеют длину от 2,05 мм до 3,15 мм. Результаты произведённых вычислений показали, что запас прочности выводов кристаллов микросхем без заливки свободного пространства компаундом при совместном действии продольной нагрузки и изгибающего момента значительно превышает требуемый запас прочности. При заливке компаундом свободного пространства микросхем деформация выводов при действии ударной нагрузки уменьшается в 2.8 – 6.94 раза.
УДК 621.396.001.66:681.3
Анализ электромагнитных процессов
в межсоединениях печатных плат
Галимов А.С.
Научный руководитель - к.т.н., профессор Чермошенцев С.Ф.
Казанский государственный технический университет
В данной работе проводится сравнение следующих методов анализа электромагнитных процессов в линиях передачи: метода продвижения во времени, метода нормальных волн во временной области, метода нормальных волн в частотной области.
Для анализа были написаны соответствующие программные модели на языке программирования Borland Pascal 7.1 реализующие выше перечисленные методы, что позволяет определять отклик как одиночных, так и многопроводных линий передачи, нагруженных линейными резистивными цепями, при различных способах подключения генераторов напряжения к концам линии. В качестве примера была промоделирована линия передачи из пяти параллельных сигнальных проводников, где средний проводник являлся пассивным. По результатам моделирования можно сделать заключение, что метод нормальных волн во временной области является наиболее быстродействующим по времени, за ним следуют метод нормальных волн в частотной области и метод пошагового продвижения во времени. Так же был проведен анализ зависимости амплитуды перекрестной помехи от длины линии и от времени переднего фронта подаваемых в линию сигналов, по результатам которого делается заключение, что перекрестная помеха на генераторном конце межсоединения не зависит от длины линии и от фронта сигнала в отличие от помехи на нагрузочном конце.
УДК 681.58: 681.32
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ
УСТРОЙСТВ СВЕТОВОГО ОФОРМЛЕНИЯ
Масалов А.В.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Ференец А.В.
Казанский государственный технический университет
В настоящее время широкое распространение получили различные устройства светового оформления: бегущие огни, световые панно, неоновая реклама и т. д. Для управления ими требуются контролеры удовлетворяющие следующим требованиям: надежность работы устройства в широком диапазоне температур и при нестабильности напряжения питания; обеспечение низкого энергопотребления при оптимальной светоотдаче; наличие большого количества независимых каналов управления; возможность изменения или замены световой программы без изменения аппаратной части, невысокая стоимость.
Современные контроллеры строятся на базе однокристальных микроконтроллеров, выбор которых основан на соответствии следующим функциональным требованиям:
- объем памяти (ОЗУ, ПЗУ или РПЗУ) - определяется сложностью алгоритма управления, оригинальностью световой программы и необходимостью ее дальнейшей модификаций;
- число разрядов портов ввода-вывода, их нагрузочная способность, если необходимо большее число каналов управления, чем имеющиеся число выводов (до 33), то применяется последовательный порт, если нет аппаратного, порт формируется программно (RS-232, I2C) и при помощи регистров сдвига; таким путем можно организовать несколько сот независимых каналов управления;
- программно обеспечивается защита от сбоев и система сброса (сторожевой таймер).
Схемы управления световыми эффектами построенные на PIС-контроллерах (Periferial Interface Controller) фирмы Microchip Technology Inc., благодаря широкой номенклатуре, хорошим функциональным характеристикам и невысокой стоимости наиболее полно удовлетворяют данным требованиям.
В докладе рассмотрены примеры разработанных устройств светового оформления на базе PIC-контроллеров.
УДК 621.396.001.66:681.3
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО И КОСВЕННОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
НА ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Гизатуллин 3. М.
Научный руководитель - к. т. н., профессор Чермошенцев С. Ф.
Казанский государственный технический университет
Проблема электростатического заряда возникает практически на каждом рабочем месте, которые в своем окружающем поле находятся в соприкосновении с современной электроникой. Анализ воздействия статического электричества, в настоящее время, является фундаментальной частью любой деятельности в области изготовления, монтажа, установки и обслуживания электронных средств. На практике, эти вопросы до сих пор не нашли эффективного решения.
Цель работы - провести анализ проблемы воздействия электростатического электричества на цифровые элементы печатных плат электронных средств применением математического и программного моделирования, определить возможные механизмы возникновения и воздействия статического электричества. Для этого разработаны и реализованы на ПМК ПА - 7 (ПА-9) компонентные модели различных источников разряда с экспериментальными и параметрами установленными нормативными документами, модели цифровых элементов с ТТД ЭСЛ и КМОП структурой, модели корпуса и межсоединений.
По результатам моделирования непосредственного и косвенного воздействия электростатического разряда был проведен сравнительный анализ элементов с ТТД ЭСЛ и КМОП структурой и выявлены последствия этого вредного воздействия.
УДК 621.316
УСТРОЙСТВО ТЕРМИЧЕСКОГО ВАКУУМНОГО РАСПЫЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ СЛОЖНОГО СОСТАВА
Агафонов А.Н.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Колпаков А.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
В настоящей работе предлагается формировать пленки сложного состава путем применения оригинальной конструкции устройства распыления материалов сложного состава, таких например, как сернистый кадмий, арсенид галлия, фосфид галлия и т.д. Отличительной чертой таких материалов является содержание в этих материалах трудно- и легкоиспаряемых компонент. Это приводит при нагреве к разрушению сложных молекул на составляющие компоненты и, следовательно, к формированию на поверхности подложки пленки, состоящей из двух практически независимых слоев. Устранения этого недостатка можно достигнуть следующим образом. Пусть сложный материал, например, сернистый кадмий, будет помещен в некоторый замкнутый объем. При нагреве этих материалов в таком объеме до температуры их испарения, сначала испарится легко испаряемая фракция серы, а потом трудно испаряемая фракция кадмия. Если бы такой нагрев проходил в незамкнутом объеме, то на подложке образовалось бы два отдельных слоя: серы и кадмия, что недопустимо в производстве реальных тонкопленочных элементов микроэлектроники.
В замкнутом же объеме за счет повышения давления атомы кадмия и серы объединяются, образуя стехиометрические молекулы. Если быстро открыть этот объем и поместить на достаточно близком расстоянии подложку, то облако пара состоящего из стехиометрических молекул, вырвавшись и не успев распасться, осаждаясь на подложке, образует пленку, близкую к стехиометрическому составу. Приведены схема конструкции распылителя, физико-математическая модель механизма получения пара, содержащего стехиометрические молекулы сложного материала, режимы напыления и рекомендации по распылению сернистого кадмия, арсенида галлия и фосфида галлия.
УДК 621.38
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АДСОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ
МЕТОДОМ ВЕРОЯТНОСТНОГО КЛЕТОЧНОГО АВТОМАТА
Агафонов А.Н., Коныгин С.Б.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Традиционный подход к моделированию процессов физической адсорбции и десорбции требует решения дифференциальных уравнений, характеризующих состояние системы, которые, как правило, достаточно сложны для аналитического решения, использование же численных методов требует слишком больших затрат машинного времени. Кроме того, подобный подход трудно использовать при моделировании поведения многокомпонентных систем, где необходимо учитывать разницу в поведении веществ, входящих в газовую смесь, а также их взаимодействие между собой. Применение метода вероятностного клеточного автомата (ВКА) позволяет обойти некоторые из этих трудностей, так как он использует не средние значения характеризующих систему величин, а значения, определяющие состояние каждой отдельно взятой клетки. Поведение многокомпонентных систем значительно проще описывается при использовании метода ВКА, так как задаются достаточно простые законы взаимодействия различных веществ на уровне отдельных клеток, то есть локальные законы, определяющие состояние клетки в зависимости от состояния других клеток. Это позволяет прогнозировать поведение систем с любыми заданными начальными условиями, такими как присутствие на начальной поверхности частиц примесей, оказывающих влияние на вероятности прохождения процессов физической адсорбции или десорбции в соседних клетках. Точность метода ВКА зависит не только от принятых допущений и гипотез, но и в большой степени от соответствия выведенных из них законов размерам, соответствующим клетке, а также от числа клеток в рассматриваемой системе. При увеличении числа клеток полученное решение будет все больше приближаться к результатам, полученным классическими методами, но с учетом вероятностного характера происходящих процессов. В данной работе рассматривается моделирование на микро уровне, что по сравнению с макро уровнем позволяет использовать более простые законы взаимодействия клеток между собой. Впоследствии, основываясь на полученных на этом этапе результатах, будет возможен переход к моделированию систем на макро уровне.
УДК 621.315
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
КОНДЕНСАТОРОВ
Карпов О.В., Бабин С.А.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Пиганов М.Н.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Перспективным направлением обеспечения высокого качества тонкопленочных микросборок является индивидуальное прогнозирование основных показателей качества пленочных элементов. Одним из таких показателей является временная стабильность емкости (дрейф емкости) тонкопленочных конденсаторов.
В данной работе предложена методика индивидуального прогнозирования (ИП) стабильности тонкопленочных конденсаторов методом дискриминантной функции.
После ввода всех данных о выборке, взятой для обучающего эксперимента, следует задаться критерием отбраковки, который вводится в поле редактирования, расположенное слева от таблицы. Для того чтобы программа начала прогнозирование, требуется навести указатель мыши на кнопку “Прогнозирование” и щелкнуть левой кнопкой мыши. Главное окно исчезнет и появится таблица с результатами прогнозирования.
Первый этап индивидуального прогнозирования состоял в проведении обучающего эксперимента. Измерялись значения информативных параметров (m – число пробоев; Uпр1 – напряжение первого пробоя) и прогнозируемого параметра (ΔC/C) для каждого экземпляра исходной выборки. Величина ΔC/C оценивалась за 1000 часов испытаний. Затем проводилось обучение. Оно заключалось в обработке результатов обучающего эксперимента в соответствии с выбранным оператором прогнозирования.
После этого проводился экзамен. Он заключался в проверке соответствия прогнозируемого состояния каждого j-го экземпляра с фактическим, определенным на этапе обучающего эксперимента.
УДК 621.382.2
АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ВРЕМЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ
ПАРАМЕТРОВ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ
Боднарчук Г.А.
Научный руководитель – ассистент Чернобровин Н.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Изучение деградационных явлений в полупроводниковых структурах представляет интерес как с точки зрения образования дефектов, так и для определения путей повышения надежности полупроводниковых приборов.
В предлагаемой работе приводится анализ механизмов деградации параметров полупроводниковых светодиодов на основе диффузионных явлений, а также генерации собственных дефектов кристаллической решетки структур. В связи с этим, рассматривается следующий круг вопросов.
Изначально, процесс деградации параметров полупроводниковых структур изучался в рамках теорий Лонжини и Голда-Вайсберга, согласно которым, деградация характеристик определяется как процесс создания глубоких рекомбинационных центров атомами примеси, которые в ходе работы смещаются из узлов в междоузлия и диффундируют по ним, создавая дефекты структуры. Такое описание процессов позволяло качественно объяснить наблюдаемые характеристики деградации.
В последнее время изучение этих процессов в светоизлучающих диодах заключается в идентификации полос спектров фотолюминесценции с дефектами кристаллической решетки и создании методов для измерения их основных параметров (энергия ионизации, сечение захвата, концентрации и др.). Кроме того, большое значение в повышении квантового выхода светоизлучающих диодов уделяется изучению механизмов рекомбинации подвижных зарядов на дефектах. Это требует детализации процессов токоистекания в рассматриваемых структурах, что осуществляется, во-первых, использованием квантово-химических методов в электронной теории дефектов в кристаллах (МО ЛКАО, метод ЛО и др.) и, во-вторых, “более детальным” анализом поведения квазичастиц при работе светодиодов. Последние, теоретически, могут дать конкретные рекомендации по изменению технологии и конструкции светодиодов.
УДК 681.382
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМО-ЭДС
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ P-N- ПЕРЕХОДОВ
Детистова Е.П.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Колпаков А.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Измерение концентрационного профиля слоев полупроводника, легированных атомами примеси, осуществляют путем измерения величины удельного сопротивления или химическим окрашиванием. Значительная сложность применения этих способов в производстве интегральных микросхем привела к необходимости использования высокого уровня подготовки специалистов при их эксплуатации.
В настоящей работе для определения концентрационного профиля атомов примесей используют термо-ЭДС, возникающую в полупроводнике при точечном нагреве.
Исследуемый образец представлял собой пластину кремния КЭФ32 диаметром 50 мм и толщиной 300 мкм. Для создания в полупроводнике p-n- перехода его легировали алюминием и бором. Диффузию осуществляли термическим нагревом в вакууме при температуре 1280о С. Косой шлиф изготовляли путем шлифования поверхности полупроводника корундовым микропорошком М1-М10 под углом 7о.
В качестве термозонда использовалась термопара хромель-алюмель, приваренная к медному стержню нагревателя. Этим обеспечивался контроль температуры непосредственно на поверхности полупроводника. Для исключения механического повреждения полупроводника нагреватель крепился на пружинной пластине.
Измерительный зонд представлял собой пружину в виде изогнутого провода диаметром 300 мкм, выполненную из вольфрама. Его точечный контакт обеспечивался химической заточкой торца в виде правильной полусферы. Измерительный зонд перемещался микровинтом в направлении нормали к границе косого шлифа с шагом не более 0,1 мкм. Величину термо-эдс контролировали с помощью прибора М198/1.
Приведена методика измерения глубины залегания p-n- перехода, согласно которой глубину залегания p-n- перехода определяли при достижении равенства величины измеряемой термо-эдс с контрольным значением, а его электрическую границу по ее равенству нулю. Это позволило снизить погрешность измерения до 7 - 10%.
УДК 621.382.616
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ МИКРОСБОРОК
Жувак А.И., Карпин А.Н.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Пиганов М.Н.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Пасты на основе системы палладий-серебро являются в настоящее время наиболее распространенными для изготовления проводников. Использование драгметальных паст обусловлено необходимостью получения высокой электропроводности и хорошей адгезии. Кроме того, проводящие пасты должны обеспечивать совместимость с резистивными слоями, допускать повторное вжигание, иметь хорошую способность к пайке, высокую стойкость к выщелачиванию, старению и миграции примесей. Для получения проводников с очень низким значением удельного сопротивления обычно используют пасты на основе серебра и системы серебро-окись серебра.
В данной работе были исследованы особенности технологии получения низкоомных проводящих слоев и их электрофизические характеристики на основе паст 3701, 3712 и 3713.
Пасты наносили на чистые подложки ВК-94 и ВК-100, а также на подложки данного типа со слоем диэлектрика на основе пасты 1001.
Электрофизические и геометрические параметры проводниковых слоев в сильной степени зависят от режимов сушки и вжигания. Сушка производилась в печах ПС-007, ПЭК-8, ДЕК-1209. Для вжигания использовали печи высокотемпературной обработки ПЭК-8 и ДЕК-840. Установлено, что шероховатость получаемых слоев и их качество в сильной степени зависят от скорости нарастания температуры.
Было исследовано влияние режимов вжигания на величину удельного поверхностного сопротивления слоев. Удельное сопротивление изменялось от 0,08 до 0,01 Ом/квадрат. Был получен температурный профиль вжигания паст на основе системы палладий-серебро, обеспечивающий прочность сцепления с керамической подложкой в пределах 70…160 кгс/см2.
УДК 621.382.616
ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА КОНТРОЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МИКРОСБОРОК
Худяков А.Н., Зайцев В.Ю.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Пиганов М.Н.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Система управления качеством микросборок с нерегулярной структурой содержит ряд подсистем. Одной из важнейших является подсистема поддержки принятия решений. Основой такой подсистемы является экспертная оценка имеющейся информации.
В данной работе предложена методика экспертной оценки важности контрольных операций и испытательных воздействий, обеспечивающих лучшие показатели качества процесса исследовательских испытаний микросборок.
Суть метода состоит в том, что организатор экспертизы подготавливает опросные анкеты, составляет список экспертов, далее проводится опрос среди экспертов (очный или заочный), результаты опроса соответствующим образом обрабатываются, и делается вывод по интересующему вопросу.
В данном случае был использован метод непосредственной оценки с разбивкой факторов на группы.
В качестве исходных данных был дан перечень контрольных операций, проводимых при производстве одного из типов микросборок с нерегулярной структурой.
Были выделены такие группы факторов, как: проверка по внешнему виду, испытания на механические воздействия, испытания на воздействия атмосферных условий, проверка качества изготовления, проверка электрических параметров, испытания на надежность.
Система опроса выполнена на основе табличного процессора MS Excel. Опрос экспертов проводился в два тура. На первые места вышли такие контрольные операции, как испытания на безотказность и долговечность, контроль функциональных и электрических параметров, граничные испытания. Наименее важными признаны контрольные операции по контролю массы, качества маркировки, внешнего вида.
УДК 681.382
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА КОРРЕЛЯЦИИ ЭФФЕКТА ЭРЛИ
С ТОКАМИ РАСТЕКАНИЯ В ТРАНЗИСТОРAX БИПОЛЯРНОГО ТИПА
Кащеев Д.Н.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Колпаков А.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
В биполярных транзисторах изменение величины напряжения смещения коллекторного перехода вызывает изменение ширины области его объёмного заряда и, следовательно, ширины квазинейтральной области базы. Эти изменения представляют собой источник ряда физических эффектов, усложняющих анализ характеристик транзистора в режиме линейного усилителя. Для моделирования ширины базы транзистора под действием изменений напряжения смещения коллекторного перехода можно использовать эффект Эрли. Тогда зависимость коллекторного тока от напряжения на коллекторном переходе можно описать равенством вида:
Ic=e*Dn*ni2*AE*exp(e*UBE/k*T)/ò p*dx,
где е - заряд электрона, Dn - усреднённое значение коэффициента диффузии, ni - концентрация носителей в cобственном полупроводнике, UBE - напряжение смещения на эмиттерном переходе, Т - температура, р - концентрация дырок.
Если осуществить интегрирование этого уравнения на отрезке хB- по всей ширине квазинейтральной области базы, а полученное выражение продифференцировать, то получим выражение, связывающее величины изменений ширины базы и напряжения UCB:
dIc/dUCB= -Ic*p(XB)*[ò pdx]-1*dxB/dUCB= -Ic/UA,
где UA - напряжение Эрли.
Из вышеприведенного равенства нетрудно увидеть: при работе коллекторного перехода в режиме обратного смещения будет наблюдаться линейное увеличение роли эффекта Эрли при увеличении коллекторного тока транзистора; под действием эффекта Эрли накопление заряда в базе уменьшается. Это обстоятельство влияет как на формирование переходных характеристик биполярных транзисторов, так и на статические характеристики базового тока, что связано зависимостью механизма рекомбинации свободных носителей заряда непосредственно в базе от накопленного в ней заряда.
УДК 621.382
УСТАНОВКА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ ЭРИ
Квашин Д.А.
Научный руководитель – профессор Кузнецов В.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Обеспечение высокого качества и надежности полупроводниковых приборов требует широкого внедрения физико-технических методов неразрушающего контроля. Одним из перспективных направлений в разработке эффективных и экономически приемлемых методов оценки качества и надежности является контроль полупроводниковых приборов по их низкочастотным шумам.
Был проведен анализ механизмов возникновения и видов шумов в полупроводниковых микросхемах. Физически шум представляет собой случайные флуктуации напряжения, которые можно слышать как шипение в громкоговорителе. Существуют три главных источника шума: тепловой шум, дробовой шум, фликкер-шум. Под низкочастотными шумами понимают шумы, спектральная плотность мощности которых пропорциональна 
, где 
- коэффициент, характеризующий вид спектра. Причиной низкочастотных шумов являются различного рода дефекты в структурах приборов.
В данной работе разработано устройство диагностики неразрушающего контроля операционных усилителей серии 740, которое состоит из пяти основных блоков: генератора, коммутационного устройства, малошумящего усилителя, фильтра низких частот и блока питания. Генератор вырабатывает синусоидальные колебания, которые через коммутационное устройство попадают на исследуемый ОУ. Сигнал, проходя через ОУ, порождает в нем шумы. Далее весь этот спектр сигналов поступает на вход малошумящего усилителя. С выхода усилителя усиленный сигнал поступает на фильтр нижних частот. Таким образом, на выходе разработанного устройства мы будем иметь усиленный низкочастотный спектр сигналов, который можно измерить с помощью микровольтметра. Данный прибор позволяет регистрировать шумовые характеристики ОУ и производить анализ полученных данных. По шумовым показателям можно будет судить о качестве и надежности исследуемого операционного усилителя.
УДК 681.3.016
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ
Белоглазов Д.И., Киселев С.С.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Пиганов М.Н.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Представлены результаты исследований в области прогнозирования стабильности конденсаторов. Работа посвящена исследованию методов повышения качества радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Проведено исследование процесса индивидуального прогнозирования тонкопленочных конденсаторов методом экстраполяции.
На основе экспериментальных данных был определен характер изменения прогнозируемого параметра конденсаторов во времени. Изменение параметра РЭА рассматривалось как случайный процесс. О значении дрейфа емкости в некоторый момент судили по вероятности попадания этого параметра в интервал допустимых значений.
Случайный процесс был представлен в виде суммы монотонной и флуктуационной составляющих. Был применен ряд квазидетерминированных (КД) моделей. Экспериментально машинный анализ показал, что в данном случае целесообразно использовать логарифмическую КД модель.
При индивидуальном прогнозировании экстраполяцией производится оценка значения параметра в момент времени прогнозирования. Задача сводится к выбору КД модели и определению ее коэффициентов для каждого экземпляра выборки.
Для определения коэффициентов КД функции был использован метод наименьших квадратов. На этапе обучающего эксперимента необходимо получить значения коэффициентов КД функции для каждого экземпляра и вычислить оценку значения параметра, по которому определяется класс каждого экземпляра по прогнозу. На основании фактического значения параметра, измеренного для каждого экземпляра обучающей выборки, определяют фактический класс каждого экземпляра.
Полученную информацию используют для оценки точности прогнозирования. Основными характеристиками являются: риск потребителя, риск изготовителя, вероятность ошибки.
УДК 681.382
ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
ПРОВОДНИКОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Кондраков В.М.
Научный руководитель – к.т.н., доц. Архипов А.В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Один из основных видов отказов интегральных микросхем (ИМС) – отказы межсоединений или металлизации. В отличие от электронных схем на дискретных элементах, в ИМС токоведущие проводники вносят в надежность свой вклад как равноправные пассивные элементы. С повышением степени интеграции их геометрические размеры пропорционально уменьшаются, что приводит к увеличению плотности тока протекающего через пленочный проводник. Значительную долю отказов составляют так называемые электродиффузионные отказы, развивающиеся вследствие интенсивного переноса ионов под действием направленного движения электронов – электронного ветра.
Анализ механизмов образования электродиффузионных дефектов и существующих технологических приемов противодействия отказам позволяет сделать вывод о необходимости совершенствования процессов формирования металлизации с целью достижения структурного совершенства токопроводящих пленок и разработки более совершенных моделей для описания процессов, приводящих к отказам.
Доклад посвящен термической модели образования электродиффузионного отказа типа трещины, приводящей к обрыву металлического проводника под действием тока большой плотности. Данная модель опирается на принцип непрерывности электродиффузионного потока и анализе неоднородностей, приводящих к нарушению данного принципа. Такой подход позволяет не только рассчитать возможное время наработки на отказ, но и локализовать наиболее вероятные места образования дефекта на реальных токопроводящих структурах.
УДК 531.19
МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ЗЕРНЕ КАТАЛИЗАТОРА МЕТОДОМ КЛЕТОЧНОГО АВТОМАТА
Истинова О.Г., Коныгин С.Б.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет.
Каталитические эффекты находят свое проявление (прямо или косвенно) в подавляющем большинстве технологических процессов, основанных на химических превращениях совокупности реагентов в конечные продукты. Трудность анализа каталитических процессов, в особенности, когда речь идет о реальных практических системах, обусловлена необходимостью учета большого количества элементарных физико-химических процессов, таких как адсорбция, десорбция, поверхностная и объемная диффузия индивидуальных атомов и т. д.
Приведенные моменты затрудняют использование детерминированных подходов, в частности основанных на дифференциальных уравнениях, описывающих поведение сплошных сред.
В настоящей работе рассмотрена возможность анализа кинетики каталитических процессов в гетерогенных средах с позиции вероятностных клеточных автоматов.
Использование указанного подхода позволило получить:
- Пространственное распределение концентрации молекул реагентов и продуктов в зависимости от физических параметров и концентрации каталитических центров;
- Кинетические характеристики каталитической системы в целом, представленные в рамках макроскопических переменных.
Исключительная привлекательность используемого метода состоит в том, что он позволяет в рамках единого подхода рассмотреть поведение достаточно сложных систем как на макро-, так и на микроскопических уровнях рассмотрения.
Полученные результаты позволяют сделать заключение об эффективности использования методологии вероятностных клеточных автоматов при проведении анализа технологических режимов, основанных на использовании каталитических явлений.
УДК 621.382
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ С ЖИДКИМИ СРЕДАМИ
Корнилин Д.В.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Колпаков А.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Обработка материалов металлорежущими инструментами требует применения смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Любое даже незначительное изменение свойств этой жидкости приводит к резкому ухудшению её тепловых свойств и значительному увеличению изнашиваемости устройств. Поэтому имеется острая необходимость в возможности определения качественного состава СОЖ непосредственно в процессе работы металлорежущих станков.
В настоящей работе предлагается использовать для проверки и определения качества СОЖ эффект затухания электромагнитных волн в жидкой среде.
Приведена математическая модель рассматриваемого процесса, которая позволяет на основе экспериментальных данных (например, интенсивности прошедшего, рассеянного и отражённого света) определить тип СОЖ и её загрязнённость (наличие примесей) по сравнению с эталонной жидкостью.
На основе модели разработана методика определения параметров различных включений в жидкости с помощью оценки рассеяния электромагнитной волны на крупных частицах и суммарного действия множества этих частиц на основе закона рассеяния волн в бесконечно тонком слое dz:
-dI = (I/2)kei jdz + (I/2)ke-ij dz ,
где k – коэффициент рассеяния при прохождении волны сквозь слой мутной воды; j - угол в полярной системе координат. В качестве приборов, фиксирующих затухание электромагнитной волны, предлагается использовать фотодиоды или приборы с зарядовой связью и по характеру изменения формы импульса тока судить о свойствах исследуемой жидкости. Причем свойства СОЖ предлагается оценивать по изменению степени вязкости жидкости.
Приведенные в работе физико-математическая модель и результаты экспериментальных исследований хорошо коррелируют как друг с другом, так и с известными результатами, что может служить подтверждением её достоверности.
УДК 621. 389: 681. 2
Погрешности волоконно-оптических датчиков
Лиманова Н. И.
Научный руководитель – д. т. н., профессор Конюхов Н. Е.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Волоконно-оптический датчик (ВОД) представляет собой оптопару. Световой сигнал от источника излучения проходит по волоконно-оптическому кабелю к контролируемому объекту, отображается и возвращается на фотоприемник.
Точность энергетической характеристики волоконно-оптического датчика определяют погрешности системы оптического тракта, связанные с потерями светового сигнала. Энергетические потери определяются собственными параметрами ВОД, которые можно разделить на три группы: передаточные, конструктивные и эксплуатационные.
Анализируя передаточные параметры, можно сказать, что потери пропускания зависят от длины оптического кабеля, коэффициент затухания составляет 0,1 ± 0,2 дб/км. Потери мощности оптического сигнала от несогласованности спектральных характеристик его компонентов находятся в пределах 1 – 10 дб, полоса пропускания составляет 5× 107 – 5× 1010 ГГц× км, потери световой энергии от соотношения числовых апертур градана и волокна составляет – (0,54 – 13,2) дб.
Изменение конструктивных параметров ВОД приводит к следующим потерям оптической мощности: от зазора и бокового сдвига сердечников при заданном диаметре оптического кабеля потери составляют 0,1 – 6 дб, потери от углового сдвига сердечников, от различия числовых апертур и диаметров сердечников волокон составляют 0,1 – 8 дб, потери от поперечного смещения сердечника многомодового и маломодового волокна относительно фокального пятна градана (соответственно) составляют – (0,1 – 20) дб. Потери оптической мощности в пределах 1 – 3 дб определяются также числом световодов в кабеле, радиусом изгиба, массой, материалом, профилем его показателя преломления.
Эксплуатационные параметры вносят потери мощности, связанные с механическими и климатическими воздействиями.
Существенными оказываются потери мощности (10 – 15 дб) при вводе излучения в волокно.
Таким образом, точность ВОД определяется погрешностями оптического сигнала, связанными с энергетическими потерями. Через эти величины могут быть выражены основные параметры, определяющие вид и характеристики “вход – выход” для конкретного волоконно-оптического датчика.
УДК 621.981
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТИ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДЛОЖЕК
Орлов А.А., Степанов М.В.
Научный руководитель- зав. учеб. лабораторией Кричевский С.В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Устройство предназначено для измерения чистоты поверхности диэлектрических подложек типа СТ-50, "Поликор", ВК-94 и т.д. Технические и эксплуатационные характеристики устройства позволяют использовать его как в производственных, так и в исследовательских целях.
Устройство состоит из следующих функциональных частей:
– блока управления и обработки информации на базе микро-ЭВМ (КР1816ВЕ51), измеряющего скорость перемещения индентора по поверхности подложки и анализирующего полученные данные;
– оптического датчика, измеряющего скорость перемещения, который представляет собой шторку с отверстиями, перекрывающую световой поток и механически связанную с индентором;
– блока питания, собранного на базе интегральных стабилизаторов напряжения;
– блока индикации, предназначенного для отображения результатов измерений.
Оптодатчик предназначен для точного определения исходного или любого другого фиксированного положения движущегося объекта. Заданная точка позиционирования регистрируется оптодатчиком с максимальной погрешностью 0.01мм. Этого удалось достигнуть за счет значительного уменьшения потребляемого тока фотодиода. Основными элементами датчика являются фотодиод VD1 ФД265.
Устройство не требует применения специальных зондов и методов обработки их поверхности, т.к. в качестве зонда используется подложка, аналогичная исследуемой. В качестве критерия оценки чистоты поверхности применяется коэффициент трения скольжения, что позволило расширить диапазон измеряемой степени чистоты поверхности подложек до 10-7-10-8 г/см и сократить время измерения до 5-15 с. Конструкция позволяет производить замену подложек (исследуемого образца и зонда) в течении 60-80 с.
УДК 531.19
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Порубов С.В.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
В современной микроэлектронике необходимо учитывать чистоту поверхности в связи с тем, что чистота поверхности влияет на работу полупроводниковых приборов.
Существует много способов определения чистоты поверхности, но предложенный метод динамического конденсатора, основанный на измерении контактной разности потенциалов бесконтактным способом, имеет явные преимущества: исследуемая поверхность твердого тела не изменяет первичного состояния.
Установка представляет собой электрическую схему, присоединенную к двум близко расположенным, бесконтактным площадкам. В процессе совершенствования установки мы заменим сканирующую площадку иглой.
Для эксперимента необходим сверхвысокий вакуум, порядка 10-9-10-10 мм рт. ст. Только при таком давлении газа можно сохранить атомарно чистую поверхность на необходимое для эксперимента время.
Для анализа данного эксперимента была разработана математическая модель, описывающая изменения контактной разности потенциалов в зависимости от чистоты исследуемой поверхности. А также применен компьютер для обработки полученных данных.
Результат эксперимента выдается в виде диаграмм, на которых наглядно изображен профиль микрорельефа, а также его чистота.
УДК 681.382
ЭПИТАКСИЯ МЕТАЛЛОВ
Репкин И.Е.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Архипов А.В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Значительная роль токопроводящей металлизации в надежности современных интегральных микросхем (ИМС) с большой степенью интеграции, особенно при переходе на субмикронный уровень изготовления, определяет возросший интерес к технологическим процессам, которые позволяют формировать тонкие пленки металлов с заданными свойствами, в том числе такой важной характеристикой как структурное совершенство.
Эпитаксиальные процессы, широко используемые в технологии полупроводниковых ИМС для формирования относительно тонких слоев полупроводников с приемлемым структурным совершенством, позволяют легко манипулировать их свойствами. Известно большое число массовых хорошо отработанных технологических процессов эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов.
Однако эпитаксия металлических слоев в настоящее время практически в промышленном масштабе не реализована, так как существуют определенные ограничения на применение известных методов.
Доклад посвящен анализу описанных технологических процессов эпитаксиального выращивания металлов с целью определения доминирующего направления, в поиске промышленно - реализуемого базового варианта, а также оценке возможности применения технологии искусственной эпитаксии.
УДК 621.396..72
СИСТЕМЫ ЭНЕРГОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ
С МАХОВИЧНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
Бакирова С.Я., Смирнов Д.П.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Зеленский А.В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Автономные объекты (АО) широко используются для работы в сложных условиях эксплуатации ( в космосе, в морях и океанах, в радиационных полях ). Выполнение возложенных на них функций, связанных не только с характером выполняемых работ, но и длительностью, в первую очередь определяется их энерговооруженностью. В настоящее время в зависимости от класса АО применяются или проектируются следующие виды бортовых энергетических установок: аккумуляторные батареи (АБ), топливные элементы, панели солнечных элементов с АБ, солнечные концентраторы, радиоизотопные генераторы и другие установки.
Первоначально в качестве бортовых энергоустановок использовались комбинации панелей солнечных элементов с серебряно-цинковыми АБ. Однако, из-за необходимости увеличения сроков службы АО (увеличения количества разрядно-зарядных циклов) в системах энергопитания стали применять никель-кадмиевые АБ, например, на космическом аппарате “Скайлеб” (США). В некоторых случаях оказывается целесообразным применение на одном АО различных АБ.
Если программой работы предусматривается проведение нескольких разнесенных во времени сеансов, то для этого может быть использована серебряно-цинковая АБ, обладающая большой удельной энергией. Наибольшие же по ёмкости, но частые сеансы могут обеспечиваться никель-кадмиевой АБ, основное преимущество которой – большое количество зарядно-разрядных циклов (до 2000).
Необходимо отметить, что процесс заряда АБ, а также их разряда при выполнении штатных операций на борту КА носит сложный характер. В докладе приведён характер изменения тока в нагрузке в зависимости от режима работы одного из серийных АО. Рассмотрены вопросы проектирования АО и их систем энергопитания. В последние время для целей накопления используют маховичные накопители энергии, обладающие неограниченным числом циклов заряда-разряда и экологически чистых. Показано, что срок службы таких механических аккумуляторов энергии ограничен только конструктивными материалами.
УДК 538.3
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНФОРМНОГО ОТОБРАЖЕНИЯ
ДЛЯ РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В ГАЗОРАЗРЯДНЫХ УСТРОЙСТВАХ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТИПА
Супильников В.А., Колпаков В.А.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Колпаков А.И.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Распределение электрического поля в газоразрядных устройствах определяется схемой их конструкции. Современные методы расчета характера этого распределения достаточно сложны для практического применения. Однако в некоторых конкретных случаях для расчета электрического поля между электродами газоразрядного устройства можно использовать упрощенные методы расчета его характеристик. Например, анализ конструкционной схемы газоразрядного устройства высоковольтного типа (ГУВВТ) показал, что в этом случае распределение поля хорошо описывается теорией функций комплексных переменных, позволившей вывести параметрические уравнения линий равного потенциала в декартовой системе координат. Согласно полученным уравнениям, в области существования газового разряда и в окружающем пространстве вне электродов устройства наблюдается полное соответствие между формой разряда и характером искривлений эквипотенциалей поля, рассчитанных по предлагаемой и стандартной методикам. Это позволило рассчитать реальные границы разряда и определить, что характер искривления силовых линий поля способствует фокусировке газового разряда в виде клина с углом в вершине 14-20 градусов.
Приведены решения краевой задачи для плоских электродов, один из которых имеет полость, и получено выражение, описывающее движение заряженных частиц вне конструкции газоразрядного устройства, и оптимальные условия возникновения и самоподдержания электрического разряда в газе вблизи оси симметрии системы, при выполнении которых практически отсутствует влияние свойств обрабатываемой поверхности на режимы работы устройства.
Показано, что математическая модель хорошо описывает характер распределения электрического поля и позволяет определить оптимальные условия работы газоразрядного устройства.
УДК 621.38
ПРИМЕНЕНИЕ КЛЕТОЧНОГО АВТОМАТА
ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ
Супильников В.А., Коныгин С.Б.
Научный руководитель - к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Целью данной работы является разработка аппарата моделирования процесса поверхностной диффузии с использованием метода клеточного автомата (КА).
Клеточный автомат состоит из набора объектов (ячеек), обычно образующих регулярную решетку. Каждый объект (или ячейка) характеризуется набором целочисленных величин – переменных, которые могут принимать конечное число возможных значений. Рассматриваемые состояния ячеек изменяются синхронным образом через дискретные интервалы времени в соответствии с локальными вероятностными правилами, которые могут зависеть от состояния переменных в ближайших соседних узлах. Эти правила не меняются со временем.
Основная задача описания макросистемы с помощью КА сводится к нахождению таких локальных правил эволюции, которые, будучи применены к малым взаимодействующим элементам системы, позволяют эволюционировать всему ансамблю этих элементов в соответствии с основными особенностями моделируемого макроявления. Таким образом, при моделировании поверхностной диффузии принимается следующая гипотеза : каждая молекула может переместиться в соседнюю свободную ячейку. Вероятность перехода молекулы в соседнюю ячейку зависит от числа соседей. Чем больше количество заполненных соседних ячеек у данной молекулы, тем меньше вероятность ее поверхностной диффузии.
В процессе работы была разработана методика моделирования поверхностной диффузии.
В результате получились графики, наглядно иллюстрирующие данный процесс в зависимости от времени.
УДК 621.981
ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ Влагосодержания СОЖ
Шишкин Д.С.
Научный руководитель- зав. учеб. лабораторией Кричевский С.В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Стойкость режущего инструмента во многом определяется качеством смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ). Поэтому даже контроль содержания влаги в СОЖ позволяет значительно увеличить продолжительность использования режущего инструмента и повысить качество обрабатываемой поверхности.
В данной работе предложено производить измерение концентрации воды в СОЖ по скорости растекания капли, контролируемого вещества по поверхности подложки.
В качестве подложек использовались ситалловые подложки СТ-32, СТ-38, прошедшие химическую очистку. Приведены экспериментальные зависимости скорости растекания от содержания воды в СОЖ.
При разработке цифровых измерителей процентного содержания влаги в СОЖ возникает ряд проблем связанных со сложностью реализации электронной схемы данного устройства на основе аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, оперативной и постоянной памяти
В связи с этим в настоящей работе было предложено использовать в качестве блока цифровой логики ПЭВМ путём подключения фотоприёмного устройства и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) к параллельному порту компьютера. Это позволило отказаться от операции программирования процессора и усилить возможности математической обработки информации о влагосодержании СОЖ. Применение ПЭВМ позволяет также оперировать большой базой данных о различных СОЖ и обеспечивает наглядность и простоту измерения влагосодержания и его постоянного контроля.
В качестве программного обеспечения реализующего математическую обработку информации предлагается использовать язык высокого уровня Pascal.
В электронной схеме измерителя СОЖ предлагается также использовать фотодиодную матрицу, аналоговые усилители и микросхему АЦП ASD1286P с последовательным выводом кода, основными достоинствами которой являются однополярное питание (+5В), высокая разрядность (12 р.), высокое быстродействие (20000 выборок/сек.), низкая цена (6$).
УДК 621.4
повышение точности измерения частоты вращения ротора
при определении параметров колебаний лопаток ГТД
Щёголев В.В.
Научный руководитель - к.т.н., доцент В.А. Медников
Самарский государственный аэрокосмический университет
При нахождении параметров колебаний лопаток ГТД при помощи моделей, построенных на основе дискретно-фазового метода (ДФМ) определения параметров колебаний лопаток турбомашины, как правило, необходимо знать частоту вращения ротора турбомашины.
Предлагаемые математические модели позволяют определять параметры колебаний лопаток турбомашины за один оборот ротора, но требуют высокой точности измерения скорости движения лопаток в периферийных сечениях. К примеру, при различии измеренной и истинной скоростей более чем на 0,25% отличия в найденных параметрах колебаний лопаток составляют более 100%. Для определения параметров колебаний лопаток с погрешностью (обусловленной неточностью измерения частоты вращения вала двигателя) не более 10% необходимо определять скорость движения лопаток в периферийных сечениях с точностью не менее 0,1%.
Применяемые в настоящее время датчики измерения частоты оборотов вала двигателя не обеспечивают требуемой точности измерений.
Предлагаемая методика повышения точности определения дрейфовой скорости перемещения лопаток в периферийных сечениях основана на предположении, что в среднем все лопатки рабочего колеса имеют отклонение от положения равновесия (разношаговости) равные нулю. Если сумма разношаговостей всех лопаток рабочего колеса за один или несколько оборотов не равны нулю, то полученная величина является накопленной статической погрешностью измерения разношаговостей лопаток, которую необходимо устранить.
Применение составленной методики позволяет значительно увеличить точность нахождения параметров колебаний лопаток ГТД при помощи составленных моделей с одним и двумя датчиками без применения более точных и дорогостоящих датчиков измерения частоты оборотов вала двигателя.
УДК 621.38
Моделирование химических процессов
методом вероятностного клеточного автомата
Яковенко Е. Е., Коныгин С.Б.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Саноян А. Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Настоящая работа посвящена проблеме компьютерного моделирования химических процессов методом вероятностного клеточного автомата. Данный метод позволяет достаточно просто осуществить компьютерное моделирование химических процессов, поскольку он оперирует не с конкретными переменными химической термодинамики, а с их вероятностной интерпретацией.
Алгоритм моделирования химических процессов методом вероятностного клеточного автомата реализуется с помощью программных средств языка программирования С++.
Входными параметрами программного блока являются абсолютная температура, энергия активации каждого из реагирующих веществ и варианты протекания реакции между каждой парой реагентов (если такая возможна). Основа алгоритма заключается в пошаговом опросе ячеек поля, в котором происходят химические процессы. При этом для одной из этих ячеек и ее “соседей” выясняется вид вещества, содержащийся в них. Затем по заранее заданным вероятностям взаимодействия каждой пары веществ происходит перераспределение этих вероятностей между клетками. Все эти операции проделываются циклически для каждой клетки поля. В результате работы программы получено непрерывное изменение распределения исходных веществ и продуктов реакции по всему полю.
УДК 546.28
АНАЛИЗ УГЛОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
РАСПЫЛЕНИЯ ИОННО-ЛУЧЕВОГО ТРАВЛЕНИЯ
Белеко С.А., Коныгин С.Б.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
При моделировании процессов ионно-лучевого травления (ИЛТ) необходимо знать аналитическое выражение для функции эффективности (коэффициента распыления ИЛТ). Однако, получение такого выражения значительно затруднено в связи с зависимостью данной функции от многочисленных параметров и режимов процесса. Наиболее важными среди них являются следующие:
1. Угол падения и энергия ионного пучка.
2. Структура материала.
В литературе обычно приводятся экспериментально снятые зависимости функции эффективности от угла падения ионов для нескольких материалов и значений энергий пучков.
Анализируя данные кривые, можно придти к следующим выводам:
1. При уменьшении энергии ионов, максимум кривой смещается в сторону меньших углов. При этом меняются как величина максимума, так и его положение.
2. Величина максимума для различных материалов варьируется, однако положение максимума остается неизменным.
При моделировании задание экспериментальных кривых оказывается неудобным. Поэтому необходимым является аппроксимация данной функции некоторым аналитическим приближением. Оно может быть получено путем произведения нескольких экспонент на степенную функцию, причем обязательным является условие возможности произвольного задания координат точки максимума. Для определения коэффициентов аппроксимирующего выражения необходимо составить и решить систему уравнений. Решение системы будет выражено через координаты точки максимума. Таким образом, использование данной функции позволяет эффективно моделировать процессы ионно-лучевого травления для различных энергий ионного пучка и различных стравливаемых материалов.
УДК 546.28
моделирование процесса формирования
микрорельефа ДОЭ методом ионно-лучевого травления
Белеко С.А., Коныгин С.Б.
Научный руководитель – к.т.н., доцент Саноян А.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Разработка математической модели процесса формирования микрорельефа дифракционных оптических элементов (ДОЭ) и особенно получение результатов аналитическими методами – довольно трудоемкая задача. Еще более усложняет ее необходимость учитывать многочисленные параметры и режимы ионного травления. С этой точки зрения использование машинных ресурсов становится более предпочтительным.
Примененная модель содержит следующий ряд допущений:
- Функция эффективности ионного травления обратно пропорциональна косинусу угла между направлением падения потока ионов и направлением нормали к поверхности.
- Система обладает цилиндрической симметрией, то есть достаточно рассмотреть динамику во времени “среза ” профиля ( по одной метрической координате).
- Поверхность травления состоит из двух материалов – маска (фоторезист) и подложка, приведенных в соприкосновение.
- Граница раздела двух сред является линией разрыва и вносит дополнительные граничные условия в точках разрыва.
Для анализа математической модели был разработан алгоритм. При этом исходная модель приводилась к конечно разностному виду. В качестве граничного условия выбирался начальный профиль микрорельефа. Квантование сетки проводилось исходя из требуемой точности и затрат машинного времени. Алгоритм может быть легко модифицирован путем расширения или замены некоторых блоков.
Моделирование проводилось для различных углов падения ионного пучка и констант, характеризующих скорость стравливания материалов. Завершающим считался момент времени, соответствующий полному стравливанию фоторезиста. Выходными данными являлись графики профилей подложек, наглядно отображающие полученный результат.
УДК 669.713
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ МАХОВИЧНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ
Бакирова С.Я., Маркина О.А
Научный руководитель - к.т.н., доцент Зеленский А. В.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Для электропитания автономных подвижных объектов используются различные накопители энергии. С точки зрения экологии наиболее перспективным является маховичный накопитель энергии (МНЭ). Вопросы оптимального согласования МНЭ и потребителей энергии подвижного объекта представляются весьма актуальными.
Рассмотрим области применения, в которых маховик служит только для поддержания постоянной угловой скорости какого-либо устройства, и области, где он используется в качестве накопителя энергии, хотя граница между ними не всегда четко выражена.
Считается, что ротор маховичного накопителя энергии должен делать, по крайней мере, десять оборотов на протяжении цикла подвода или съема энергии. Следуя этому определению, маховик двигателя внутреннего сгорания, который “подзаряжается” один раз за два оборота в случае одноцилиндрового четырехтактного и один раз каждую 2/N-ю часть оборота у N-цилиндрового двигателя, нельзя считать “аккумулятором энергии”, тогда как колесо прялки — можно.
Все современные накопители энергии состоят из собственно маховика, корпуса (который обеспечивает определенный уровень разрежения и защиту от осколков в случае разрушения маховика), систем подвески и уплотнения и, как правило, систем вакуумирования и управления.
Обычно качество накопителя энергии оценивают величиной массовой энергоемкости, т. е. отношением запасаемой энергии к массе. Очевидно, что здесь следует принимать во внимание массу системы в целом, а запасаемой считать энергию, которую система отдает в обычном эксплуатационном режиме.
При проектировании и исследовании маховиков, а также оценке маховичных систем целесообразно применять показатели лишь для сопоставления разных по конструкции маховиков.
УДК 621.317
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЕФЕКТОВ
В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУРАХ
ЕМКОСТНЫМИ МЕТОДАМИ
Боднарчук Г. А.
Научный руководитель – ассистент Чернобровин Н.Г.
Самарский государственный аэрокосмический университет
Глубокие центры, т. е. центры, образующие в запрещенной зоне полупроводника глубокие энергетические уровни, сильно влияют на параметры полупроводниковых приборов. Наряду с традиционными методами исследования глубоких центров (эффект Холла, фотопроводимость) широкое распространение получают емкостные методы измерений. Емкостная спектроскопия глубоких центров основана на изменении барьерной емкости р-n-перехода при изменении заполнения глубоких центров носителями заряда. В зависимости от способов заполнения глубоких центров производится и классификация емкостных методов.
В предлагаемой установке используется импульсный метод заполнения, который основан на предположении о экспоненциальной зависимости изменения барьерной емкости от времени заполнения. В этом случае, для определения параметров глубоких центров можно использовать экспериментально определенные температурные положения максимумов постоянных времени релаксации емкости диодной структуры, как минимум при двух температурных сканированиях с различными окнами.
Предложенный вариант установки обладает большой чувствительностью, которая достигается использованием в качестве измерителя комплексной проводимости 2Т-моста. Эквивалентную схему р-n-перехода при обратном смещении на малом переменном сигнале можно представить в виде параллельно соединенных активной Gx и реактивной jw Bx эквивалентных проводимостей. Прибор работает на частоте 10МГц и компенсирует как активную, так и реактивную составляющую (от 1 до 1000 пФ). Достаточно большая величина измеряемых емкостей позволяет компенсировать емкости кабелей, соединяющих диодную структуру с мостом. Все это позволяет наблюдать малые изменения эквивалентных проводимостей структуры.
К ограничениям метода стоит отнести предположение о экспоненциальной форме релаксации емкости и температурное сканирование в широком диапазоне.
УДК 621.4
ОПТИМИЗАЦИЯ КОЛИЧЕСТВА ОТСЧЕТОВ
ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА
ДИСКРЕТНО-ФАЗОВЫМ МЕТОДОМ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГТД
Щёголев В.В.
Научный руководитель - к. т.н., доцент Медников В.А.
Самарский государственный аэрокосмический университет
При нахождении параметров колебаний лопаток ГТД при помощи моделей, построенных на основе дискретно-фазового метода (ДФМ) определения параметров колебаний лопаток турбомашины, как правило, необходимо знать частоту вращения ротора турбомашины.
Повышение точности определения дрейфовой скорости перемещения лопаток в периферийных сечениях основано на предположении, что в среднем все лопатки рабочего колеса имеют отклонение от положения равновесия (разношаговости) равные нулю. Если сумма разношаговостей всех лопаток рабочего колеса за один или несколько оборотов не равны нулю, то полученная величина является накопленной статической погрешностью измерения разношаговостей лопаток, которую необходимо устранить.
Для уменьшения отклонения вычисленного значения скорости движения лопаток в периферийных сечениях от истинного, необходимо увеличивать точность нахождения величины накопленной статической погрешности, которая будет расти с увеличением количества суммируемых сигналов разношаговости лопаток. Одновременно с увеличением количества суммируемых сигналов разношаговости лопаток будет увеличиваться величина накапливаемой динамической погрешности, что приведет к уменьшению точности нахождения величины накопленной статической погрешности, т.е. возникает техническое противоречие.
Составлена модель, позволяющая на основе информации о максимальной относительной скорости изменения частоты вращения ротора, параметров лопаточного венца выбирать оптимальное количество суммируемых сигналов разношаговости для минимизации суммарной погрешности определения частоты вращения ротора турбомашины.
Применение составленной модели позволяет увеличить точность при нахождении частоты вращения ротора ГТД в реальном масштабе времени.
