31-40 Flashcards
4/6
- Pomiar pętli histerezy, wyznaczanie parametrów magnetyków.
Histereza – zjawisko zależności aktualnego stanu układu od stanów w poprzedzających chwilach; inaczej – opóźnienie w reakcji na czynnik zewnętrzny. Na podstawie kształtu pętli histerezy można dokonać podziału materiałów magnetycznych na twarde i miękkie.
Magnetyki miękkie:
* Małe natężenie pola koercji (łatwo namagnesować i rozmagnesować)
* Duża indukcja nasycenia
* Duża maksymalna bezwzględna przenikalność magnetyczna
* Mała wartość stratności magnetycznej
* Stabilność podczas eksploatacji
Magnetyki twarde:
* Duże natężenie pola koercji (trudno namagnesować i rozmagnesować)
* Duża indukcja remanencji
* Duża wartość iloczynu BHmax
Pomiar pętli histerezy:
Układ pomiarowy składa się z rdzenia toroidalnego wykonanego z badanego materiału magnetycznego (dwa uzwojenie).
- Uzwojenie pierwotne służy do wzbudzenia pola magnetycznego w rdzeniu, połączone jest z generatorem przebiegu okresowego i wzmacniaczem oraz rezystorem szeregowym.
- Napięcie na rezystorze jest proporcjonalne do pola magnetycznego w rdzeniu.
Uzwojenie wtórne służy do mierzenia indukcji magnetycznej.
Parametry magnetyków:
* Natężenie pola magnetycznego – H [A/m]
* Przenikalność magnetyczna – μ0, μ [H/m]
* Indukcyjność – L [H]
* Strumień indukcji magnetycznej – Φ [Wb]
* Indukcja magnetyczna – B [T]
* Magnetyzacja – M {A/m]
* Podatność magnetyczna - χm
Parametry magnetyka wyznacza się poprzez analizę jego odpowiedzi na pobudzenie zmiennym natężeniem pola magnetycznego (zewnętrzne pole):
* Bs - maksymalna wartość indukcji magnetycznej (indukcja nasycenia), po osiągnięciu maksymalnego uporządkowania domen magnetycznych.
* μ - bezwzględna przenikalność magnetyczna, nachylenie krzywej pierwotnej magnesowania.
* Różniczkując krzywą pierwotną otrzymujemy zależność przenikalności magnetyczne od natężenia pola magnetycznego (H)
* Na podstawie krzywej pierwotnej magnesowania można zdefiniować trzy przenikalności magnetyczne – μi (względna poczatkowa) μmax (względna maksymalna) μ4 (względna dla pola magnetycznego o natężeniu 4 A/m)
* W – energia pola magnetycznego, całkowanie pól pomiędzy charakterystycznymi częściami wykresów – między krzywą pierwotną, a pętlą histerezy.
- Proste zastosowania równania Schroedingera. Przenikanie elektronów przez barierę potencjału.
Równanie Schrödingera-
Zakłada, że cząstki mają właściwości falowe zgodnie z hipotezą fal materii de Broglie’a.
Rozwiązanie równania Schrödingera daje informacje o rozkładzie energii całkowitej danej cząstki.
Podstawowym zastosowaniem równania Schrödingera jest opis przenikania elektronów przez barierę potencjału.
Bariera potencjału – w podejściu klasycznym elektron o energii E<V0 zbliżający się do bariery zostałby od niej odbity. W podejściu kwantowym istnieje skończone prawdopodobieństwo, że elektron o energii E<V0 przedostanie się przez barierę potencjału i pojawi się po drugiej stronie.
Zjawisko tunelowania – opisane jest przez mechanikę kwantową i występuje podczas fuzji jądrowej oraz procesie rozpadu promieniotwórczego masywnych jąder atomowych.
Polega ono na tym, że istnieje niezerowe prawdopodobieństwo znalezienia się cząstki po drugiej stronie bariery potencjału mimo że E<V0.
Zastosowania równania Schroedingera:
* Rozwiązanie zagadnień związanych ze strukturą atomów w fizyce oraz chemii.
* Określenie dyskretnych poziomów energii, określenie formy funkcji falowej, na podstawie której wylicza się inne właściwości.
* Określenie poziomów energetycznych oraz gęstości ich obsadzeń w półprzewodniku.
- Przerzutniki i komparatory.
Przerzutnik – podstawowy element którego zadaniem jest zapamiętywanie i przetwarzanie danych.
Elementarnie układ sekwencyjny typu Moore’a. Wyróżniamy synchroniczne i asynchroniczne.
- W układzie synchronicznym stan wyjściowy ukształtowany jest zgodni z sygnałem zegarowym.
- W układzie asynchronicznym, stan wyjścia zmienia się w momencie zmiany sygnałów wejściowych z pewnym opóźnieniem.
Synchroniczne – mają wejścia zegarowe:
* Przerzutnik typu D – w momencie pojawienia się impulsu zegarowego, przerzutnik zapamiętuje stan jaki w tym czasie był na jego wejściu D.
- Przerzutnik typu T– jednowejściowy, gdy T = 1 zmienia swój stan, a gdy T = 0 pozostaje w stanie pierwotnym.
* Przerzutnik typu RS – jeśli na wejściu S ustawione jest 1 to na wyjściu Q będzie stan 1, a podając 1 na wejście R zostanie ustawiony stan 0. Kombinacja R=S=1 jest zabroniona.
* Przerzutnik typu JK – działa podobnie jak typu RS z tą różnicą, że gdy J=K=1 to stan przerzutnika się zmienia.
Asynchroniczny – nie ma wejścia zegarowego:
* Przerzutnik typu RS – działa podobnie do synchronicznego RS z tym, że na wejściach należy podać sygnały zanegowane w stosunku do RS.
Komparator – układ służący do porównywania dwóch liczb n-bitowych.
Układ sprawdza czy kolejne bity obu liczb są równe.
Wynik porównywania może być trojaki:
* Liczba A jest większa od liczby B (A>B)
* Liczba A jest mniejsza od liczby B (A<B)
* Liczba A jest równa liczbie B (A=B)
Najprostszym komparatorem jest bramka XNOR
1 jezeli na A i B sa te same wartości
- Przesłanki stosowania norm ISO serii 9000.
Normy ISO serii 9000 są opracowane przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO).
Mają na celu ustalenie wymagań dotyczących systemów zarządzania jakością w organizacjach.
Główne przesłanki ich stosowania to:
-
Założenie jednolitości i zgodności:
spójne podejście do zarządzania jakością na całym świecie,
ułatwia handel międzynarodowy przez eliminację barier związanych z różnicami w systemach zarządzania jakością. -
Zaufanie klientów:
Zapewnienie wysokiej jakości i zgodności z ustalonymi standardami, które budzą zaufanie klientów. -
Systemy zarządzania jakością:
wytyczne dotyczące skutecznego zarządzania jakością w organizacjach, co prowadzi do osiągnięcia trwałego sukcesu poprzez ciągłe doskonalenie i monitorowanie procesów. -
Audyt systemów zarządzania:
Ocena i weryfikacja zgodności z wymaganiami normy.
efektywnie zarządzanie jakością swoich produktów i usług, co przyczynia się do ich globalnej konkurencyjności i zaufania konsumentów.
Korzyści wewnętrzne stosowania norm ISO serii 9000:
* Wzrost odpowiedzialności za jakość obsługi bądź wyrobu
* Poprawa jakości pracy
* Poprawa organizacji pracy
* Ustabilizowanie procesów
* Oszczędność materiałów, energii i czasu
* Zmniejszenie kosztów funkcjonowania przedsiębiorstwa
* Wzrost kontroli nad przedsiębiorstwem
Korzyści zewnętrzne stosowania norm ISO serii 9000:
* Poprawa wizerunku firmy
* Korzystniejsza pozycja przedsiębiorstwa na rynku
* Wzrost szansy na pozyskanie nowych zleceń
* Lepsze relacji firmy z bankami i ubezpieczycielami
- Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe.
Przetwornik analogowo-cyfrowy (AC, ADC):
* Przetwarza sygnał analogowy na sygnał cyfrowy.
-
Proces obejmuje próbkowanie (dyskretyzację w czasie), kwantyzację (dyskretyzację amplitudy)
i kodowanie.
Główne parametry to
rozdzielczość, częstotliwość próbkowania, zakres napięć wejściowych i czas konwersji.
Rodzaje przetworników: przetworniki kompensujące, całkujące, z porównaniem równoległym, z przetwarzaniem częstotliwościowym.
- Próbkowanie: Proces reprezentowania sygnału analogowego poprzez jego próbkowanie w równomiernych odstępach czasowych.
- Kwantyzacja: Proces przypisywania wartości amplitudy sygnału do najbliższych dostępnych poziomów kwantyzacji, co prowadzi do utraty pewnej informacji.
- Kodowanie: Konwersja skwantyzowanego sygnału na odpowiednią postać cyfrową lub binarną, aby mógł być dalej przetwarzany przez system cyfrowy.
Przetwornik cyfrowo-analogowy (C/A):
Przetwarza sygnał cyfrowy (np. liczby binarne) na sygnał analogowy (napięcie lub prąd).
-
Główne parametry to
rozdzielczość, zakres przetwornika, krok kwantowania i liczba poziomów (kroków kwantowania). -
Klasyfikacja ze względu na:
o Rodzaj wielkości wyjściowej: napięcie lub prąd
o Znak jednostki wyjściowej: unipolarne i bipolarne
o Rodzaj źródła odniesienia: wewnętrzne lub zewnętrzne
- Przyrządy półprzewodnikowe ze złączem p-n; omówić i podać ich podstawowe zastosowania.
Dioda półprzewodnikowa – składa się z dwóch warstw półprzewodnika typu p i n, tworzących złącze p-n.
Prąd może przepływać przez diodę tylko w jednym kierunku.
- W kierunku przewodzenia bariera potencjału jest zmniejszona umożliwiając przepływ prądu,
- W kierunku zaporowym bariera potencjału jest zwiększona blokując przepływ prądu.
Wyróżnia się:
- Diody prostownicze – stosuje się najczęściej w urządzeniach zasilających. Przekształca prąd zmienny w jednokierunkowy prąd pulsacyjny, dioda pełni funkcję zaworu jednokierunkowego.
- Diody impulsowe – wykorzystywane są do przełączania napięć i prądów oraz formowania impulsów elektrycznych. Najczęściej pełnią rolę kluczy (przełączników). Charakteryzują się małą rezystancja w kierunku przewodzenia i dużą w kierunku wstecznym oraz krótkim czasem przełączania.
- Diody stabilizacyjne (Zenera) – stosuje się w układach stabilizacji napięć, ogranicznikach amplitudy, układach źródeł odniesienia. Wykorzystuje się ich pracę na odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej w zakresie przebicia. Wskutek przebicia lawinowego lub Zenera następuje szybki wzrost prądu przy niezmienionym prawie napięciu.
- Diody pojemnościowe – wykorzystuje się zmiany pojemności złącza p-n pod wpływem napięcia. Pracują zawsze przy wstecznym kierunku polaryzacji.
Tranzystor bipolarny – element półprzewodnikowy o trzech zaciskach, stanowiącym kombinacje dwóch złączy p-n; pnp oraz npn.
Nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i dziury.
Zasada działania obu tranzystorów jest jednakowa, różnice występują tylko w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądu.
Wykorzystywane są jako:
* Wzmacniacze – wzmacniają sygnały analogowe
* Przełączniki – w układach cyfrowych i impulsowych
* Oscylatory – generują sygnały o określonych częstotliwościach.
Tranzystor polowy (JFET i MOSFET) – składają się z trzech warstw: źródła (source), drenu (drain) oraz bramki (gate). JFETy (sterowane przez napięcie przyłożone do złącza pn) są preferowane w zastosowaniach wymagających niskich szumów i wysokiej impedancji wejściowej, podczas gdy MOSFETy (sterowane przez napięcie przyłożone do izolowanej bramki) dominują w układach cyfrowych i aplikacjach wymagających szybkiego przełączania oraz wysokiej wydajności energetycznej.
Fotodioda: Wykorzystywana do detekcji światła poprzez konwersję fotonów na prąd, stosowana w czujnikach i odbiornikach światła.
Ogniwa słoneczne: Przetwarzają energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną, wykorzystując zjawisko fotowoltaiczne w złączu p-n.
Dioda elektroluminescencyjna (LED): Emituje światło podczas przepływu prądu, wykorzystywana w oświetleniu, wyświetlaczach i sygnalizacji.
- Stan nieustalony w obwodzie stałoprądowym RL oraz RC. Stała czasowa.
Stan nieustalony – krótkotrwały stan przejściowy z jednego stanu ustalonego do drugiego.
Najczęściej występuje po załączeniu i wyłączaniu źródła zasilania z obwodów.
Teoretycznie stan nieustalony trwa nieskończenie długo, jednakże w praktyce przyjmuje się skończony czas, który określa stała czasowa.
- Stan nieustalony w RC jest zwiazany z ładowaniem się kondensatora.
- Stan nieustalony w RL jest związany stabilizacją przepływu prądu przez cewke.
Stała czasowa τ – jest to czas, po upływie którego prąd nieustalony osiągnąłby wartość ustaloną, gdyby jego narastanie miało charakter liniowy,
czyli prędkość zwiększania się prądu była stała i równa prędkości zwiększania się w chwili początkowej.
stała czasowa dla obwodów:
RC: τ = RC,
RL: τ = L/R.
- Stosowalność różnych materiałów cienkowarstwowych dla realizacji precyzyjnych rezystorów, termorezystorów, kondensatorów, odcinków linii paskowych dla mikrofal, ścieżek połączeń, elektrod przeźroczystych przewodzących, itp.
- Rezystory: Wykorzystuje się ceramiczne, szklane lub krzemowe korpusy z metaliczną warstwą rezystywną, zwykle z NiCr lub TaN.
- Termistory: Zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, często z PbTe, w obudowie z polimeru.
- Kondensatory: Wykorzystują dielektryki takie jak TiO2, Al2O3 lub SiO2, z metalicznymi elektrodami jak pallad lub platyna.
- Odcinki linii paskowych, ścieżki przewodzące: Warstwy materiałów przewodzących jak miedź, glin, złoto, srebro, platyna.
- Elektrody przezroczyste przewodzące: Wykorzystuje się tlenki przewodzące (TCO) takie jak ITO (indium-tin-oxide), tlenki cynku, indu, cyny, a także materiały jak grafen lub domieszkowane tlenki cynku.
- Systematyka mikrosystemów z uwzględnieniem specyfiki materiałowej i technologicznej.
- MEMS (Zintegrowane urządzenie mikromechanoelektryczne): Składają się z części mechanicznych, elektronicznych i oprogramowania połączonych w jednym systemie. Najczęściej wykonane z krzemu, wykorzystywane w sensorach, aktuatorach i innych aplikacjach.
- MEOMS (Zintegrowane urządzenie optyczno-mikromechanoelektryczne): Podobne do MEMS, ale dodatkowo wykorzystujące światło. Często wykonane z krzemu i stosowane w zaawansowanych systemach optycznych.
- uTas (Mikrosystemy do analiz chemicznych): Zminiaturyzowane urządzenia, często w formie biochipów lub lab-on-chipów, wykonane głównie z krzemu i szkła, umożliwiające przeprowadzanie procesów i analiz chemicznych.
- Mikromaszyny (Miniaturowe mechanizmy): To miniaturowe mechanizmy, poruszające się za pomocą technologii mikroelektronicznych i mikromechanicznych. Mogą być stosowane jako mikroroboty przemysłowe.
Najczęściej stosowane materiały:
* Krzem monokrystaliczny (Si), polikrzem, tlenek krzemu SiO2, azotek krzemu Si3N4
* Szkło, kwarc
* Polimery – fotoczułe, poliimidy, PDMS
* Ceramika PZT (cyrkonian-tytanian ołowiu)
* Warstwy rezystywne – Pt, Ni, Cr, NiCr, Cr-SiO
* Warstwy przewodzące – metale (Au, Ag, Al, Ti, Pt)
* Warstwy dielektryczne – TiN, Al2O3, AlN, Si3N4
* Warstwy przewodzące przeźroczyste – ATO, ITO, ZnO
Technologie:
* Głębokiej, objętościowej mikroobróbki krzemu
* Powierzchniowej mikroobróbki krzemu
* LIGA
* Wytłaczanie, druk 3D
- Technika replikacji z wykorzystaniem matryc mikrochemicznych, zastosowanie w mikro-optyce.
Technika replikacji z wykorzystaniem matryc mikromechanicznych w mikrooptyce:
Polega na tworzeniu wielu identycznych elementów optycznych lub optoelektronicznych za pomocą matryc.
Przykładem może być produkcja miniaturowych szklanych soczewek na specjalnie przygotowanej formie (np. podłożu krzemowym), wykorzystując technikę bondingu anodowego z szkłem.
Ten proces pozwala na masową produkcję precyzyjnych elementów optycznych w mikroskalę, co jest kluczowe w mikrooptyce, gdzie wysoka jakość i powtarzalność są niezbędne.
Innego typu technologia jest wykorzystywana do formowania matryc mikroluster używanych do produkcji projektorów (DMD – Digital Micromirror Device).
Proces technologiczny bazuje na metodzie wytwarzania układów scalonych CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Dodatkowo stosuje się bezmaskową technikę mokrego/suchego trawienie.
