Содержание

Акустический выключатель лампы своими руками

Добавил: STR2013,Дата: 07 Мар 2018

Если у Вас возникла необходимость в включении хлопком в ладоши какого-либо устройства или просто освещения, то можно рассмотреть для изготовления простые схемы, приведённые ниже, в этой статье.

Схема может использоваться для управления освещением, настольной лампой, прибором, устройством или кокой-либо игрушки.

В темноте по щелчку включается свет, при дневном освещении выключается. Микрофон чувствительный, поэтому схема срабатывает даже на голос.

Принципиальная схема акустического выключателя

Краткое описание работы схемы

Схема простая, состоит из нескольких деталей. Транзистор Q1 всегда открыт через резистор R2. При попадании звука в зоне микрофона, эл.колебания закрывают транзистор. Далее через цепочку R4,3,6 открывается тиристор Q2 и лампа загорается.

Фоторезистор R5, стоящий между эмиттером и коллектором не даёт срабатывать схеме в дневное время суток.

Если этого не требуется фоторезистор можно из схемы исключить.

Необходимые радиодетали

Внешний вид платы

Мы можем использовать эту цепь для различных применений, как автоматический свет для диско или шоу. Вместо лампы можно использовать реле с обмоткой на ~220V. В этом случае мы можем получить звуковое реле (переключатель, который может использоваться для управления более мощными лампами или другими устройствами).

ОСТОРОЖНО! Питание схемы осуществляется от опасного напряжения!

На рисунке ниже, ещё один вариант схемы с питанием от 12В постоянного тока. Q1 усиливает аудиосигнал, приходящий от микрофона. Переменный резистор 5к использован для того, чтобы отрегулировать пик сигнала (0,7 вольта), работает как регулятор чувствительности. Некоторый уровень сигнала, приходя от микрофона, после усиления полевым транзистором Q1, вызовет включение SCR и лампы. Вот принципиальная схема схемы:

Проверка тиристора MCR100-6

Для проверки тиристора понадобятся:

  • лампочка накаливания на 3-6 Вольт мощностью до 4 Ватт;
  • батарейка 3-6В;
  • резистор на 50-100 кОм.

Описание проверки тиристора или симистора

Данным способом можно проверять любые тиристоры и симисторы. При подключении батареи к последовательному соединению исправного тиристора и лампы — лампа не должна гореть.

Если соединить плюс батареи через резистор R1 50-100кОм с управляющим электродом, то тиристор открывается и остается включенным, пока выключатель S2 замкнут. Лампа горит.

Выключить тиристор (отключить лампу) можно кратковременным замыканием его анода и катода включателем S3.

Если лампа загорается сразу после включения батареи, то тиристор — пробит (коротко замкнут КЗ).

Если у Вас нет необходимых деталей, набор можно купить на сайте МастерОк

.



ПОДЕЛИТЕСЬ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ:

П О П У Л Я Р Н О Е:
  • Терморегулятор для погреба своими руками
  • Один мой знакомый приятель приобрел гараж с погребом и решил сделать так, чтобы картофель и другие овощи в погребе не промерзали зимой.

    Он попросил помочь ему в изготовлении терморегулятора.

    Схема простая, доступная для сборки даже начинающим радиолюбителям.

    Подробнее…

  • Электрическая и осветительная арматура в полках и шкафах.
  • Для того чтобы подсветить ваши самые любимые вещи и придать встроенной конструкции привлека­тельный внешний вид, установите дополнительную низковольтную осветительную арматуру. Низко­вольтные галогеновые лампы, подобные тем, что по­казаны на фото сверху, потребляют очень мало электроэнергии, и их можно оставлять включенными весь день. Подробнее…

  • Как выбрать мебель?
  • Какой стиль и в какую комнату подходит?

    Как правильно выбрать мебель? Цвет, стиль, материал… Предметы мебели должны гармонично сочетаться друг с другом и создавать единый ансамбль. Давайте подробнее рассмотрим мебель нескольких основных стилей и для каких помещений она больше всего подходит.

    Подробнее…

Популярность: 3 621 просм.

Схема акустического выключателя света по хлопку

Данный акустический выключатель света подъезда можно установить на лестничной площадке в подъезде. Он откликается на звуковой сигнал, например хлопок. В том случае, если этот акустический сигнал  достаточный для его срабатывания, то он включает освещение на одну минуту, что полнее хватает для того чтобы открыть дверь своей квартиры.

Большинство схем акустических выключателей

света имеют один существенный недостаток – зацикливание, в результате чего схема акустического выключателя работает нестабильно. Одна из причин этого — тиристор, вызывающий искажение синусоиды в сети, в результате помехи через цепи питания попадают на микрофонный усилитель, вызывая  тем самым зацикливание.

Самый эффективный вариант предотвратить зацикливание  схемы, это  отключать в автоматическом режиме микрофон после включения освещения, и подключать его обратно  по прошествии пары секунд после отключения света.

Принцип работы схемы акустического выключателя

Схема звукового сенсора состоит из  электретного микрофона с собственным предусилителем, резистора для регулирования чувствительности R2, собранного на двух транзисторах VT1 и VT2 двухкаскадного усилителя звуковой частоты, детектора на  диодах VD1 и VD2 и ключа управления на транзисторе VT3. После хлопка переменное напряжение с выхода микрофона, пройдя через усилитель, выпрямляется диодным детектором, приобретает некоторую постоянную величину.

После хлопка, звук превышает определенный уровнь, который выставляется переменным резистором R2, напряжение на конденсаторе С8 увеличиваясь, открывает  транзисторный ключ VT3. На коллекторе VT3 появляется лог. 0 соответствующий уровню микросхем КМОП. На элементах микросхемы К561ЛЕ5 собрана схема временной задержки, которое выполняет минутное включение освещения и отключение сенсорного узла.

В изначальном состоянии, когда свет не включен на элемент DD1.4 через резистор R12 идет лог. уровень равный 1  КМОП. Соответственно на выходе DD1.4 будет лог. 0. Конденсатор С10 будет разряжен и на входе 9  DD1.3 будет лог. 0, а на выводе 8  DD1.3 из-за резистора R8 будет лог.1. После  хлопка транзистор VT3 откроется, что приведет к появлению лог. 0 на выводе 8  DD1.3. Из-за этого лог. 1 появившаяся на выводе 10  DD1.3 переводит триггер, собранный на элементах  DD1.1 и  DD1.2, в единичное состояние. Единица с выхода триггера включает реле через транзистор VT4, и тем самым включается свет.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

В это же самый момент из-за  диода VD4 уровень на  входе DD1.4 понижается практически до нуля. В результате чего конденсатор C10 мгновенно заряжается, в результате чего элемент DD1.3 закрывается, что приводит к игнорированию сигналов со стороны сенсорного узла приходящий на вывод 8 DD1.3, тем самым защищая акустический выключатель от зацикливания.

Параллельно конденсатор С9  через резистор R9 медленно заряжается (на это уходит примерно одна минута). После заряда конденсатора триггер перейдет в противоположное состояние, то есть теперь на его выходе будет лог. 0, что приведет к отключению света. Из-за диода VD4 на входах D1.4 снова будет лог. 1. Потом через резистор R11 конденсатор С10 в течении 3 секунд разрядится, и акустический выключатель перейдет в первоначальное состояние, готовое к включению при появлении нового

хлопка.

Детали схемы акустического выключателя

Блок питания акустического выключателя — бестрансформаторный, излишек сетевого напряжения погашается конденсатором С12 (его реактивным сопротивлением). После переменное напряжение выпрямляется диодным мостом на  VD7-VD10 и стабилизируется в районе 12 вольт посредством стабилитрона VD6. Транзисторы любые КТ315 либо КТ3102. Транзистор КТ815 можно поменять на КТ503 или КТ817. Конденсатор С11 должен быть на напряжение более 12В, а конденсатор С12   не менее 400В. Выпрямительные диоды VD7-VD10  любые выпрямительные, в частности могут быть КД209.

Акустический выключатель – принципиальная схема, принцип работы

Акустическим выключателем называют устройство, реагирующее на сравнительно громкий звук и управляющее каким-либо электро- или радиоприбором. При одном звуковом сигнале (например, хлопок в ладоши) оно включает нагрузку в сеть, при другом — выключает. Перерывы между хлопками могут быть сколь угодно большими и все это время нагрузка будет либо включена, либо выключена. О таком автомате и рассказывается в предлагаемой статье.

Сначала разберем по схеме работу автомата. Начнем, естественно, с того момента, когда раздался звуковой сигнал. Микрофон ВМ1, являющийся датчиком автомата, преобразовал его в электрический сигнал звуковой частоты. С движка подстроечного резистора R1 (он является регулятором усиления автомата, а значит, регулятором порога срабатывания акустического выключателя) часть сигнала подается через конденсатор С1 на первый каскад усилителя ЗЧ, выполненный на транзисторе VT1

Нужное для нормальной работы транзистора напряжение смещения на базе образуется благодаря включению между базой и коллектором резистора R2.

С нагрузки первого каскада (резистор R3) усиленный сигнал поступает через конденсатор СЗ на следующий каскад, выполненный на транзисторе VT2 по такой же схеме, что и первый. С коллекторной нагрузки (резистор R6) сигнал подается через конденсатор С4 на несколько необычный каскад, выполненный на транзисторе VT3. Он одновременно является усилителем переменного напряжения и усилителем постоянного тока.

Если сигнала нет, смещение на базе транзистора незначительное — оно зависит от сопротивления резистора R7. Через нагрузку каскада (обмотку электромагнитного реле К1) протекает слабый ток, недостаточный для срабатывания реле.

Как только на базе транзистора появляется сигнал ЗЧ, он усиливается, выделяется на обмотке реле (она представляет для таких сигналов сравнительно большое сопротивление) и поступает через конденсатор С5 на детектор. Последний выполнен на диодах VD2 и VD1. В результате напряжение смещения на базе транзистора возрастает, увеличивается и постоянный ток в цепи коллектора транзистора.

Срабатывает реле К1.

В таком положении реле находится недолго — это зависит от продолжительности звукового сигнала. Но и этого времени достаточно, чтобы контакты К1.1, замкнувшись, подали сигнал на своеобразный триггер — устройство с двумя устойчивыми состояниями, выполненный на реле К2.

Рассмотрим подробнее работу триггера. Сразу же после включения автомата заряжается до напряжения питания электролитический конденсатор С6 (через резистор R8 и нормально замкнутые контакты группы К2.1). Как только замыкаются контакты К1.1, конденсатор С6 подключается к обмотке реле К2, и оно срабатывает. Замыкающиеся контакты группы К2.1 подключают к источнику питания обмотку реле К2 (через резистор R9), и оно встает на самоблокировку. Теперь при размыкании контактов К1.1 реле К2 будет удерживаться током, протекающим через его обмотку и резистор R9. А конденсатор С6 при этом разрядится через резисторы R8 и R10.

При следующем появлении звукового сигнала, когда вновь сработает реле К1, контакты К1. 1 подключат разряженный конденсатор С6 к обмотке реле К2. При этом через цепь R9C6 потечет зарядный ток конденсатора, напряжение на обмотке реле упадет и реле отпустит. Контакты К2.1 возвратятся в исходное положение.

Таким образом, от одного звукового сигнала реле К2 срабатывает, от другого — отпускает. Соответственно его контакты К2.2 либо подключают нагрузку, питающуюся через разъем XS1, к сети, либо отключают ее.

Для питания акустического реле использован блок, состоящий из понижающего трансформатора Т1 и двухполупериодного выпрямителя, выполненного на диодах VD3—VD6 по мостовой схеме. Выпрямленное напряжение фильтруется электролитическим конденсатором С7. Чтобы предупредить возможное самовозбуждение усилителя, питание на первый каскад подается через фильтрующую цепочку R4C2.

О деталях автомата. Транзисторы первых двух каскадов высокочастотные. Объясняется это вовсе не необходимыми частотными параметрами усилителя, а получением возможно большего усиления при меньшем числе каскадов. А для этого нужны транзисторы с возможно большим коэффициентом передачи. Таким требованиям отвечают П416Б. Отберите те из них, у которых коэффициент передачи 100…120. В третьем каскаде можно использовать транзисторы МП25А, МП25Б, МП26А, МП26Б с коэффициентом передачи 30…40.

Транзисторы советского производства, можно заменить на зарубежные аналоги, смотрите справочник радиолюбителя – отечественные транзисторы и их зарубежные аналоги.

В детекторе могут работать диоды Д9В—Д9Л или Д2Б—Д2Ж, а в выпрямителе — серий Д226, Д7 с любым буквенным индексом. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, подстроечный — СПО-0,5. Электролитический конденсатор С2 — К50-12, С6 и С7 — К50-3, остальные конденсаторы — МБМ.

Реле К1 — РЭС-6, паспорт РФО.452.143, с сопротивлением обмотки 550 Ом, током срабатывания 22 мА и током отпускания 10 мА. Реле К2 — РЭС-9, паспорт РС4.524.200, с сопротивлением обмотки 500 Ом, током срабатывания 28 мА и током отпускания 7 мА. Подойдут и другие реле, но при их подборе следует помнить, что реле К1 должно срабатывать при токе не более 25 мА и отпускать при токе не менее 8 мА, а К2 срабатывать при токе не более 40 мА и отпускать при 6. ..15 мА.

Печатную плату можно изготовить из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Соединительные проводники выполнены методом прорезания изоляционных канавок в фольге. Для крепления реле К1 в плате вырезано окно прямоугольной формы, под колодки же с контактами реле К2 в плате выпилен фигурные отверстия. Соединения выводов обмоток и контактов обоих реле выполнены со стороны печатных проводников. С этой же стороны смонтированы резисторы R8—R10.

С помощью двух уголков плата прикреплена к дну корпуса, изготовленного из органического стекла. Заготовки стенок и дна корпуса соединены между собой металлическими уголками. Верхняя крышка корпуса съемная, она крепится винтами к уголкам. Снаружи корпус можно оклеить, например, декоративной пленкой.

В передней стенке корпуса вырезано отверстие диаметром 14 мм и напротив него изнутри приклеен капсюль от головных телефонов ТОН-2 — датчик автомата. Подойдут капсюли и от других телефонов, например, ТОН-1, ТЭГ-1, капсюли ТК-47, ДЭМШ.

В боковой стенке напротив подстроечного резистора просверлено отверстие под отвертку. На задней стенке размещены выключатель питания SA1 (тумблер ТВ2-1), держатель предохранителя с предохранителем FU1 и двуягнездная розетка XS1. Через отверстие в задней стенке выведен шнур питания с вилкой ХР1 на конце.

Рядом с платой к дну корпуса прикреплен трансформатор питания Т1. Он самодельный и выполнен на магнитопроводе Ш16Х32. Обмотка I содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II — 160 витков ПЭВ-1 0,2. Подойдет и готовый трансформатор мощностью не менее 5 Вт и с напряжением на вторичной обмотке 13…15 В. Соответственно изменятся указанные на схеме выпрямленные напряжения.

Прежде чем налаживать автомат, нужно тщательно проверить монтаж, убедиться в надежности соединений. Включив автомат, измеряют выпрямленное напряжение — на конденсаторе С7, а затем — напряжение на конденсаторе С2. Убедившись, что они равны указанным на схеме или отличаются не болея чем на 10 %, измеряют коллекторные токи транзисторов первых двух каскадов. При необходимости коллекторный ток транзистора VT1 устанавливают точнее подбором резистора R2, а транзистора VT2 — подбором резистора R5.

После этого движок подстроечного резистора R1 устанавливают в верхнее по схеме положение, прикрывают микрофон и измеряют ток коллектора транзистора VT3. Он должен быть хотя бы на 1…2 мА ниже тока отпускания реле. Точнее этот ток устанавливают подбором резистора R7.

Открыв микрофон и плавно перемещая движок подстроечного резистора из нижнего по схеме положения в верхнее, хлопают в ладоши и замечают увеличение тока коллектора транзистора VT3. При определенном положении движка резистора этот ток должен возрастать до тока срабатывания реле К1, но по окончании хлопка падать ниже тока отпускания.

Далее включают в розетку XS1 вилку настольной лампы и проверяют действие триггера. При первом хлопке лампа должна, например, зажигаться, а при последующем — гаснуть. Если же она при хлопке зажигается, а после него сразу же гаснет, значит протекающий через резистор R9 и обмотку реле К2 ток ниже тока отпускания. В этом случае достаточно подобрать резистор R9.

Может наблюдаться и такое явление — лампа хорошо управляется хлопками, а, например, после громкого и продолжительного произнесения какого-нибудь слова не гаснет. Это свидетельствует о том, что протекающий через резистор R8 и обмотку реле К2 ток выше тока отпускания, и он удерживает якорь реле. Достаточно подобрать резистор R8 с большим сопротивлением — и дефект будет устранен.

Окончательно движок подстроечного резистора устанавливают в такое положение, при котором настольная лампа зажигается от хлопка в ладоши с расстояния 4…5 м. Стабильность работы автомата желательно проверить при пониженном на 10 % напряжении сети (например, с помощью автотрансформатора).

Мощность нагрузки, подключаемой у к автомату, определяется в основном допустимым током через контакты К2.2 и не должна превышать 100 Вт. Для более мощной нагрузки желательно заменить реле К2 на МКУ-48 или аналогичное, рассчитанное на коммутацию нагрузки мощностью до 500 Вт.

Акустический выключатель | NiceTV

Устройство «одноканального» акустического выключателя показано на вкладке, а его принципиальная схема приведена в тексте.


Рис.1. Схема акустического выключателя

Сначала разберем по схеме работу автомата. Начнем, естественно, с того момента, когда раздался звуковой сигнал. Микрофон ВМ1, являющийся датчиком автомата, преобразовал его в электрический сигнал звуковой частоты. С движка подстроечного резистора R1 (он является регулятором усиления автомата, а значит, регулятором порога срабатывания акустического выключателя) часть сигнала подается через конденсатор С1 на первый каскад усилителя 34, выполненный на транзисторе VT1. Нужное для нормальной работы транзистора напряжение смещения на базе образуется благодаря включению между базой и коллектором резистора R2. С нагрузки первого каскада (резистор R3) усиленный сигнал поступает через конденсатор СЗ на следующий каскад, выполненный на транзисторе VT2 по такой же схеме, что и первый. С коллекторной нагрузки (резистор R6) сигнал подается через конденсатор С4 на несколько необычный каскад, выполненный на транзисторе VT3 Он одновременно является усилителем переменного напряжения и усилителем постоянного тока. Если сигнала нет, смещение на базе транзистора незначительное — оно зависит от сопротивления резистора R7. Через нагрузку каскада (обмотку электромагнитного реле К1) протекает слабый ток, недостаточный для срабатывания реле. Как только на базе транзистора появляется сигнал 34, он усиливается, выделяется на обмотке реле (она представляет для таких сигналов сравнительно большое сопротивление) и поступает через конденсатор С5 на детектор. Последний выполнен на диодах VD2 и VD1. В результате напряжение смещения на базе транзистора возрастает, увеличивается и постоянный ток в цепи коллектора транзистора. Срабатывает реле К1. В таком положении реле находится недолго — это зависит от продолжительности звукового сигнала. Но и этого времени достаточно, чтобы контакты К1.1, замкнувшись, подали сигнал на своеобразный триггер — устройство с двумя устойчивыми состояниями,— выполненный на реле К2.

Рассмотрим подробнее работу триггера. Сразу же после включения автомата заряжается до напряжения питания электролитический конденсатор С6 (через резистор R8 и нормально замкнутые контакты группы К2.1). Как только замыкаются контакты K1.I, конденсатор С6 подключается к обмотке реле К2, и оно срабатывает. Замыкающиеся контакты группы К2.1 подключают к источнику питания обмотку реле К2 (через резистор R9), и оно встает на самоблокировку. Теперь при размыкании контактов К1.1 реле К2 будет удерживаться током, протекающим через его обмотку и резистор R9. А конденсатор С6 при этом разрядится через резисторы R8 и R10. При следующем появлении звукового сигнала, когда вновь сработает реле К1, контакты К1.1 подключат разряженный конденсатор С6 к обмотке реле К2. При этом через цепь R9C6 потечет зарядный ток конденсатора, напряжение на обмотке реле упадет и реле отпустит. Контакты К2.1 возвратятся в исходное положение. Таким образом, от одного звукового сигнала реле К2 срабатывает, от другого — отпускает. Соответственно его контакты К2.2 либо подключают нагрузку, питающуюся через разъем XS1, к сети, либо отключают ее. Для питания акустического реле использован блок, состоящий из понижающего трансформатора Т1 и двух-полупериодного выпрямителя, выполненного на диодах VD3—VD6 по мостовой схеме. Выпрямленное напряжение фильтруется электролитическим конденсатором С7. Чтобы предупредить возможное самовозбуждение усилителя, питание на первый каскад подается через фильтрующую цепочку R4C2. О деталях автомата. Транзисторы первых двух каскадов высокочастотные. Объясняется это вовсе не необходимыми частотными параметрами усилителя, а получением возможно большего усиления при меньшем числе каскадов. А для этого нужны транзисторы с возможно большим коэффициентом передачи. Таким требованиям отвечают П416Б. Отберите те из них, у которых коэффициент передачи 100… 120. В третьем каскаде можно использовать транзисторы МП25А, МП25Б, МП26А, МП26Б с коэффициентом передачи 30…40. В детекторе могут работать диоды Д9В—Д9Л или Д2Б—Д2Ж, а в выпрямителе — серий Д226, Д7 с любым буквенным индексом. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, подстроечный — СПО-0,5. Электролитический конденсатор С2 — К50-12, С6 и С7 — К50-3, остальные конденсаторы — МБМ. Реле К1 — РЭС-6, паспорт РФО.452.143, с сопротивлением обмотки 550 Ом, током срабатывания 22 мА и током отпускания 10 мА. Реле К2 — РЭС-9, паспорт РС4.524.200, с сопротивлением обмотки 500 Ом, током срабатывания 28 мА и током отпускания 7 мА. Подойдут и другие реле, но при их подборе следует помнить, что реле К1 должно срабатывать при токе не более 25 мА и отпускать при токе не менее 8 мА, а К2 срабатывать при токе не более 40 мА и отпускать при 6…15 мА.

Под эти детали и рассчитана печатная плата (см. вкладку), изготовленная из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Соединительные проводники выполнены методом прорезания изоляционных канавой в фольге. Для крепления реле К1 в плате вырезано окно прямоугольной формы, под колодки же с контактами реле К2 в плате выпилены фигурные отверстия. Соединения выводов обмоток и контактов обоих реле выполнены со стороны печатных проводников. С этой же стороны смонтированы резисторы R8—R10. С помощью двух уголков плата прикреплена к дну корпуса, изготовленного из органического стекла. Заготовки стенок и дна корпуса соединены между собой металлическими уголками. Верхняя крышка корпуса съемная, она крепится винтами к уголкам. Снаружи корпус можно оклеить, например, декоративной пленкой. В передней стенке корпуса вырезано отверстие диаметром 14 мм и напротив него изнутри приклеен капсюль от головных телефонов ТОН-2 — датчик автомата. Подойдут капсюли и от других телефонов, например, ТОН-1, ТЭГ-1, капсюли ТК-47, ДЭМШ. В боковой стенке напротив подстроечного резистора просверлено отверстие под отвертку. На задней стенке размещены выключатель питания SA1 (тумблер ТВ2-1), держатель предохранителя с предохранителем FU1 и двухгнездная розетка XS1. Через отверстие в задней стенке выведен шнур питания с вилкой ХР1 на конце. Рядом с платой к дну корпуса прикреплен трансформатор питания Т1. Он самодельный и выполнен на магнитопроводе Ш16Х32. Обмотка I содержит 2200 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II — 160 витков ПЭВ-1 0,2. Подойдет и готовый трансформатор мощностью не менее 5 Вт и с напряжением на вторичной обмотке 13…15 В. Соответственно изменятся указанные на схеме выпрямленные напряжения.

Прежде чем налаживать автомат, нужно тщательно проверить монтаж, убедиться в надежности соединений. Включив автомат, измеряют выпрямленное напряжение — на конденсаторе С7, а затем — напряжение на конденсаторе С2. Убедившись, что они равны указанным на схеме или отличаются не более чем на 10 %, измеряют коллекторные токи транзисторов первых двух каскадов. При необходимости коллекторный ток транзистора VT1 устанавливают точнее подбором резистора R2, а транзистора VT2 — подбором резистора R5. После этого движок подстроечного резистора R1 устанавливают в верхнее по схеме положение, прикрывают микрофон и измеряют ток коллектора транзистора VT3. Он должен быть хотя бы на 1…2 мА ниже тока отпускания реле. Точнее этот ток устанавливают подбором резистора R7. Открыв микрофон и плавно перемещая движок подстроечного резистора из нижнего по схеме положения в верхнее, хлопают в ладоши и замечают увеличение тока коллектора транзистора VT3. При определенном положении движка резистора этот ток должен возрастать до тока срабатывания реле К1, но по окончании хлопка падать ниже тока отпускания. Далее включают в розетку XS1 вилку настольной лампы и проверяют действие триггера. При первом хлопке лампа должна, например, зажигаться, а при последующем — гаснуть. Если же она при хлопке зажигается, а после него сразу же гаснет, значит протекающий через резистор R9 и обмотку реле К2 ток ниже тока отпускания. В этом случае достаточно подобрать резистор R9.

Может наблюдаться и такое явление — лампа хорошо управляется хлопками, а, например, после громкого и продолжительного произнесения кого-нибудь слова не гаснет. Это свидетельствует о том, что протекающий через резистор R8 и обмотку реле К2 ток выше тока отпускания, и он удерживает якорь реле. Достаточно подобрать резистор R8 с большим сопротивлением — и дефект будет устранен. Окончательно движок подстроечного резистора устанавливают в такое положение, при котором настольная лампа зажигается от хлопка в ладоши с расстояния 4…5 м. Стабильность работы автомата желательно проверить при пониженном на 10 % напряжении сети (например, с помощью автотрансформатора). Мощность нагрузки, подключаемой к автомату, определяется в основном допустимым током через контакты К2.2 и не должна превышать 100 Вт. Для более мощной нагрузки желательно заменить реле К2 на МКУ-48 или аналогичное, рассчитанное на коммутацию нагрузки мощностью до 500 Вт.

РАДИО 2,1985

Акустический включатель – выключатель своими руками


Как известно, лень – двигатель прогресса. Сколько же различных электронных устройств люди разработали для того, чтобы автоматизировать свою жизнь – не счесть. Автоматизация проникла во все сферы человеческой жизни и сейчас порой нам бывает даже лень встать и включить свет обычным выключателем. Не беда – на этот случай как раз придуман акустический выключатель: стоит только хлопнуть в ладоши, как тут же загорится свет, или заиграет музыка, или включится какой-либо другой электроприбор. Сделать такой акустический выключатель под силу любому человеку, обладающему базовыми навыками работы с паяльником.

Схема устройства



Электронный микрофон, обозначенный на схеме как «mic1» преобразует механические колебания воздуха в электрические, которые и приводят к срабатыванию схемы. Здесь можно применить любой электронный микрофон достаточной чувствительности, достать их можно, например, из обыкновенных дешёвых компьютерных микрофонов или гарнитур. Подстроечный резистор R2 на схеме задаёт чувствительность срабатывания, его нужно подбирать экспериментально, исходя из чувствительность выбранного микрофона и зашумлённости помещения. Микросхема DA1 – обычный операционный усилитель, работающий в качестве компаратора. Можно применить любой, подходящий по цоколёвке, например, TL071, TL081, UA741. Резистор R4 подтягивает выход ОУ к минусу, тем самым предотвращая ложные срабатывания. Микросхема DD2 работает в качестве триггера, обеспечивая на выходе схемы стабильное либо включенное, либо выключенное состояние. Можно применить отечественную К561ИЕ8 либо её импортный аналог CD4017. Светодиод индицирует состояние нагрузки – если светодиод горит, значит на выходе удерживается лог. 1 (включенное состояние), если светодиод погашен, значит на выходе лог. 0 (выключенное состояние). Транзистор в схеме коммутирует нагрузку, здесь можно применять любые маломощные NPN транзисторы, например, BC547, КТ3102, КТ315. К выходу OUT можно подключить реле, которое, в свою очередь, сможет управлять мощной нагрузкой – лампами освещения или электроприборами. Если в качестве нагрузки используется что-то маломощное, питающееся постоянным током, например, отдельные светодиоды или светодиодная лента, её можно подключать непосредственно в схему на выход OUT, соблюдая полярность. Транзистор при этом стоит поставить более мощный, например, КТ817.

Детали



Для создания акустического выключателя не потребуется каких-либо дорогостоящих или дефицитных вещей, всё можно купить в магазине радиодеталей. Номиналы резисторов не столь критичны, их можно менять в пределах 30%. Для микросхем желательно приобрести панельки, чтобы можно было использовать их в дальнейшем в других схемах.
Список деталей:
  • Резисторы: 22 кОм, 10 кОм, 470 Ом, 100 Ом.
  • Микросхемы UA741, К561ИЕ8.
  • Светодиод на 3 вольта.
  • Диод КД521.
  • Транзистор BC547.
  • Электретный микрофон.

Сборка акустического включателя – выключателя


Первым делом, необходимо изготовить печатную плату. Делается она по лазерно-утюжной технологии, которая известна многим радиолюбителям. Файл печатной платы для программы Sprint-Layout прилагается, отзеркаливать его перед печатью не нужно.
Скачать плату:

Несколько фотографий процесса:



После того, как печатная плата просверлена и залужена, можно приступить к запаиванию в неё деталей. Первым делом устанавливаются резисторы, диод, после этого всё остальное. Микрофон можно впаять непосредственно в плату, а можно вывести на проводках, при этом не следует отдалять микрофон от самой платы на большое расстояние, иначе скажется воздействие внешних наводок, и схема не будет работать должным образом. После запаивания всех компонентов обязательно следует проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание, если это требуется. Обязательно нужно смыть флюс с платы, ведь он также может нарушить правильную работу схемы.


Испытания выключателя


После тщательной проверки платы можно подавать на неё питание – постоянное напряжение 9-12 вольт. Если ничего не задымилось, а светодиод загорелся, значит всё собрано правильно. Теперь остаётся лишь покрутить подстроечный резистор, установив нужную чувствительность срабатывания. Не стоит делать выключатель слишком чувствительным, иначе он будет срабатывать от любого постороннего шума. Идеальный вариант, на мой взгляд, если срабатывания происходит при лёгком хлопке вблизи микрофона, тогда он не будет реагировать на посторонние шумы.

Смотрите видео работы


Наглядно работа выключателя показана на видео:

Оптико-акустический выключатель, BYLECTRICA (макс./мин мощность 230/1 В•А)

Функции, выполняемые акустическими выключателями Bylectrica:
1. Автоматическое включение светильников при наличии акустических шумов, возникающих при естественном пребывании людей в помещении, при условии наличия уровня освещенности в помещении – приблизительно не более (20±4) лк.
2. Автоматическое отключение светильников через определенный интервал времени. Дополнительно для выключателя А1 -230-038:
3. Регулировка чувствительности выключателя к уровню освещенности в помещении.
4. Регулировка интервала выдержки времени.
Выключатель работает по следующему алгоритму
Датчик освещенности регистрирует недостаточную освещенность в помещении и переводит устройство в «режим акустического контроля». В «режиме акустического контроля» устройство улавливает резкие изменения звукового фона, такие, как: открытие входных дверей или дверей лифта, голос, звуки шагов и т.д.
При регистрации шума, устройство включает свет:

Оптико-акустические выключатели предназначенны для эксплуатации:
– в помещениях, коридорах и вестибюлях административных зданий;
– на промышленных производствах;
– в магазинах и торговых центрах;
– на объектах социальной инфраструктуры.
Также представлен акустический выключатель с датчиком уровня освещенности и регулировкой выдержки времени. Он срабатывает автоматически и включает/выключает свет без участия обслуживающего персонала.

Преимущества выключателей

Компактные установочные габариты – 53х53 мм.
Экономичность, соответствие самым строгим стандартам энергосбережения. Минимальная мощность устройств – от 1 Вт.
Надежность, высокая степень защиты (IP20).
Климатическое исполнение – УХЛ4. Звуковой выключатель может эксплуатироваться в холодном и умеренном климате.
Быстрый и простой монтаж, длительные межповерочные интервалы.

НоминальноеНапряжение 230 В
Максимальная мощность 230 В•А
Минимальная мощность 1 В•А
Интервал времени работы (1,5 – 5) мин ± 20%
Минимальный уровень освещенности 20 лк ± 20%
Вид климатического исполнения УХЛ4
Степень защиты IP20
Сечение присоединяемых к контактным зажимам проводников от 0,75 до 2,50 мм²
Установочные размеры (53±0,3х53±0,3) мм
Вес упаковки 4.7 кг
Габаритные размеры 60х60х30.5 мм
Количество в упаковке 84 шт.

Акустический выключатель освещения на KU5590

Недавно на почту сайта пришло такое письмо:
Hello,
I do not speak Rusian therefore I write in english.
I came across your site because I am interested in your articol
«ЗВУКОВОЙ ВКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТОДИОДНЫХ И ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ«. Therefore I have a question is it posible to change the sheme so that it can be turned on and off by clapping?
Thanks in advance for any reply.
Regards
Andrey

С помощью Гугл-переводчика, я прочёл это письмо и решил помочь Андрею (жаль, что не понятно из какой он страны). Хотя если честно, то не вижу смысла в устройствах, которыми можно включать и выключать освещением хлопая в ладоши. Это же нужно вообще не шуметь по жизни. Ну да ладно, раз кому-то нужно такое устройство, то почему не помочь.

Акустический выключатель освещения без сброса на KU5590. Схема

На первом рисунке изображена схема сделанная, так сказать в лоб. В звуковой включатель светодиодных и ламп накаливания был добавлен один D-триггер, два резистора и два конденсатора. Нумерология элементов продолжена от оригинальной схемы. Я думаю, что всё на схеме понятно. Всё работает, только есть некоторое неудобство из-за свойств прошитых в микросхеме KU5590. При каждом срабатывании микросхема становится «глухой» в течении 25 секунд. То есть включив хлопком свет, выключить его можно только по прошествии 25 секунд. Для того, чтобы видеть когда наступает «глухота» была введена схема светодиодного индикатора на HL1, тиристоре VD7 и резисторах R7 и R8. Что бы не перегружать внутреннюю схема стабилизатора микросхемы KU5590, индикатор запитан от высоковольтного напряжения.

Акустический выключатель освещения с сбросом на KU5590. Схема

На втором рисунке показана схема с дополнительной схемой сброса выходного триггера микросхемы KU5590. Применив эту схему, выходной триггер микросхемы теперь сбрасывается примерно через 2 секунды. Это время даёт в основном зарядка конденсатора C1. Резистор R11 защитный. Вначале испытывалась другая схема сброса — с выв. 12 DD1.1 на выв. 3 IC1 было соединение напрямую, без каких либо дополнительных элементов. Всё работало, но периодически происходил «заскок» выходного триггера микросхемы KU5590 на 25 секунд. Поэтому и были введены дополнительные элементы. Индикатор в этой схеме я выполнил на неоновой лампочке. Включение индикатора можно также выполнить по другому — исключив R7 и VD7, а цепочку R8 и HL1 включив параллельно тиристору VD1 соблюдая полярность.

Пассивный акустический переключатель позволяет управлять звуковыми волнами без сложной электроники: Scilight: Vol 2020, No 19

Акустические переключатели позволяют управлять распространением звука, либо разрешая, либо предотвращая передачу звука через барьер, в зависимости от того, встречаются ли акустические волны с набор желаемых критериев. Как правило, эти переключатели требуют либо механических изменений, либо активных компонентов схемы, оба из которых могут потреблять много энергии. Чжан и др. разработал конструкцию пассивного акустического переключателя, которая обходит эти сложности для управления акустическими волнами.

Центральное место в устройстве авторов занимает электромагнитная пружина, диафрагма, которая при ускорении высокочастотными звуковыми волнами давит на катушку, пропуская ток через шунтирующую цепь и индуцируя пружинный акустический импеданс. Звуки более низкой частоты подавляются электрической массой, индуцированной конденсатором, который представляет собой просто движение воздуха. Поскольку каждый частотный диапазон определяется своей физикой, правильная настройка этой массы и жесткости электромагнитной пружины позволяет пользователю выбирать желаемый частотный диапазон для управления.

«В нашей группе мы всегда знаем, что механика и электромагнетизм — это два параллельных мира, но мы приятно удивлены, что они даже находятся в очень близких масштабах параметров, и взаимодействие может быть таким сильным и захватывающим», — сказал автор Юмин Чжан. . «Максвелл полностью един с Ньютоном».

Хотя они использовали обычный громкоговоритель в качестве доказательства концепции своего метода, диапазон параметров необходимо расширить для реальных приложений. Их первой целью будут пассивные наушники, которые временно пропускают звук без использования сложной цифровой обработки сигнала, когда пользователь, например, переходит улицу.Они также считают, что эту технику в конечном итоге можно будет использовать для настраиваемой акустики здания, что позволит легко превратить концертный зал в конференц-центр.

Источник: «Настраиваемый электромагнитно-акустический переключатель», Юмин Чжан, Чунци Ван и Лиси Хуанг, Applied Physics Letters (2020). Доступ к статье можно получить по адресу https://doi.org/10.1063/5.0008532.
  1. © 2020 Автор(ы). Опубликовано издательством AIP Publishing (https://publishing.aip.org/authors/rights-and-permissions).

Сечение поворотного акустического выключателя со сплошной стороной и.

..

Контекст 1

… для уменьшения демпфирования зазор вокруг перфорированной стороны увеличен вдвое (30 мкм). Сопротивление потоку через отверстия сводится к минимуму за счет использования больших отверстий (результаты показаны в разделе «Результаты испытаний»). Демпфирование продавливаемой пленки уменьшается за счет отодвигания датчика от упаковки с проставочным чипом (толщиной 0,7 мм), увеличения зазора tsub, показанного на рис… (как правило, пакет Cr/Au/Pt общей толщиной от 0,5 до 3 мкм) наносится на контакты путем испарения или напыления через теневую маску под углом 45°. Контакты представляют собой короткие заглушки, прикрепленные к лопасти, которые вступают в контакт с пластиной рукоятки, когда акустически индуцированное движение равняется затрачиваемой толщине слоя BOX. На рис. 10 показана область контакта после напыления металла. Травление ICP становится очень грубым в области скрытого оксида, что может затруднить получение проводимости металл-металл на контактах.

Контекст 3

… устройства залиты эпоксидной смолой в пакеты с решетчатыми штифтами со сквозными отверстиями, образованными лазерным сверлением, как показано на рис. 11. Сквозное отверстие соединяется с акустической камерой с регулируемым объемом с помощью ввинчиваемого плунжера. Регулируя объем резонатора, можно настроить резонансную частоту так, чтобы она соответствовала желаемой частоте с точностью до 0,1 Гц. …

Контекст 4

… Виброметр, который может напрямую считывать скорость вращения лопасти под действием акустического возбуждения из соседнего динамика.Мы тестировали голый кристалл, а также корпусный кристалл с акустическими полостями на установке, показанной на рис. 12. Электрические испытания контактов проводились при смещении напряжения 1 В на приборе при акустическом возбуждении. . АЧХ при резонансе “Большого” прибора Г8 в воздухе. Q is 323 без “RC” или сжимаемой пленки …

Context 5

. .. устройство среднего размера с частотой в свободном пространстве 62,7 Гц и Q в свободном пространстве из 92 было упаковано и прикреплено к переменной полость с максимальным объемом 5.7 см 3 показано в поперечном сечении на рис. 11. Резонатор Гельмгольца использовался для перестройки резонансной частоты до 80 Гц. Кривые зависимости частоты и Q от объема резонатора показаны на рис. 14. Большой объем резонатора выгоден, поскольку он максимизирует достижимое значение Q. Влияние размера отверстия и зазора на Q: Экспериментальное исследование влияния изменения размера отверстия на Q. , набор устройств …

Контекст 6

… устройство среднего размера с частотой свободного пространства 62,7 Гц и Q свободного пространства 92 было упаковано и присоединено к переменной полости с максимальным объемом из 5.7 см 3 показано в поперечном сечении на рис. 11. Резонатор Гельмгольца использовался для перестройки резонансной частоты до 80 Гц. Кривые зависимости частоты и Q от объема резонатора показаны на рис. 14. Большой объем резонатора выгоден, поскольку он максимизирует достижимое значение Q. Влияние размера отверстия и зазора на Q: Экспериментальное исследование влияния изменения размера отверстия на Q. , набор устройств (названный Pathfinder) был изготовлен без пластины с ручкой (только лопастной слой, двухсторонняя полированная пластина) и с размером отверстия на перфорированной пластине …

Context 7

… датчики могут использоваться для обнаружения нескольких целевых частот или других типов сигналов (например, вибрации или магнитных сигналов). Высокоселективные резонансные датчики предлагают один уровень дискриминации, ложные срабатывания из-за помех могут быть дополнительно отвергнуты пассивной логикой, которая разряжает интегрирующие конденсаторы. На рис. 16 показана схема системного уровня для нескольких датчиков. Эта логика переключения с низким энергопотреблением будет использоваться в качестве предварительного скрининга для пробуждения более мощной системы с большей мощностью обработки сигналов. Экспериментальные данные с чипов Pathfinder и без акустических…

Контекст 8

… настроены на резонирование на частоте, указывающей на цель. Хотя контакты являются прерывистыми, источник постоянного напряжения (который не потребляет энергию, когда контакты разомкнуты) заряжает RC-сеть в течение желаемой постоянной времени, чтобы определить, присутствует ли цель. Известные частоты помех могут использоваться для подавления нежелательных сигналов. Рис. 16. Принципиальная схема системы с двухчастотным зондированием.Резисторы и конденсаторы используются для ограничения протекания тока, реализуя функцию И, требующую наличия нескольких частот для снижения частоты ложных срабатываний. Датчик подавления помех может еще больше уменьшить количество ложных …

Контекст 9

… Датчик с резонансом на частоте 80 Гц был протестирован с помощью записанного акустического сигнала от генератора Honda с сильным тональным содержанием на гармониках 20 Гц. На рис. 17 показаны 3 периода детектирования с включением и выключением акустического сигнала генератора 3 раза. На верхней кривой показана спектрограмма эталонного сигнала микрофона с полосами на частоте 80 Гц, указывающими на генератор.Внеполосные акустические помехи присутствуют на 200-250 секундах. Средняя кривая показывает напряжение интегрирующего конденсатора …

Контекст 10

… небольшое напряжение, которое накапливается под воздействием источника помех, не достигает порога обнаружения и со временем разряжается. Мы подвергли сенсорную систему 60 циклам включения/выключения генератора, чтобы статистически оценить ее производительность, как показано на рисунке 19. Фоновая акустическая среда была типичной для внутренней лаборатории/офиса и включала голоса и время от времени включалось/выключалось небольшое оборудование….

Context 11

… на частоте 80 Гц при средней потребляемой мощности менее 10 нВт при наличии сигнала и нулевой мощности при отсутствии сигнала. Из-за производственных допусков требуется настройка резонансных частот. Продемонстрирована настройка акустических переключателей путем регулировки объема тыльной полости (аналогичной полости Гельмгольца). Рис. 18. Верхняя кривая — напряжение, подаваемое на громкоговоритель, производящий акустический сигнал частотой 73 Гц. Нижняя кривая показывает импульсы напряжения через контакты, отображая один контакт на …

Заявка на патент США на СХЕМЫ СЧИТЫВАНИЯ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН, МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА СЧИТЫВАНИЯ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН Заявка на патент (Заявка № 20210333903, выданная 28 октября 2021 г.)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая заявка относится к области технологии считывания сигналов акустических волн, схем считывания сигналов акустических волн, считывающих устройств и способов управления ими.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

С непрерывным развитием сенсорных технологий все больше и больше ультразвуковых сенсорных устройств широко используются в повседневной жизни людей. Однако современные ультразвуковые сенсорные устройства часто имеют проблемы со считыванием сигнала. Одна из основных проблем современных устройств заключается в том, что сигнал считывания неточен.

РЕЗЮМЕ

Варианты осуществления настоящей заявки обеспечивают схему считывания сигнала акустической волны, способ ее управления и считывающее устройство. Эти варианты осуществления решают многие проблемы известного уровня техники, включая неточное обнаружение сигналов акустических волн.

Вариант осуществления настоящей заявки обеспечивает схему считывания сигнала акустической волны, включающую в себя: приемник акустической волны, схему управления сбросом, функциональную схему и выходную схему; при этом приемник акустических волн соединен с первым узлом, и приемник акустических волн выполнен с возможностью преобразования принятого сигнала акустических волн в электрический сигнал и вывода электрического сигнала на первый узел; при этом схема управления сбросом соединена с первым узлом, первым сигнальным выводом сканирования и первым сигнальным выводом, и схема управления сбросом сконфигурирована для вывода напряжения первого сигнального вывода на первый узел под управлением первого терминал сигнала сканирования; при этом функциональная схема соединена с первым узлом, вторым узлом, вторым сигнальным выводом и первым выводом напряжения, и функциональная схема переключает состояния на основе первого узла, второго сигнального вывода и первого вывода напряжения; при этом функциональная схема выводит напряжение второго сигнального вывода на второй узел для сброса второго узла или усиливает потенциал первого узла и выводит усиленный потенциал на второй узел в зависимости от состояния функциональной схемы; и при этом выходная схема соединена со вторым узлом и терминалом считывания сигнала, и выходная схема выводит следующее напряжение второго узла на терминал считывания сигнала.

Необязательно схема считывания сигнала акустической волны по п. 1 , в которой функциональная схема содержит: подсхему переключения и подсхему накопления энергии; при этом подсхема переключения соединена с первым узлом, вторым сигнальным выводом и вторым узлом, подсхема переключения переключается между первым состоянием и вторым состоянием, а подсхема переключения управляется первым узлом , второй сигнальный терминал и второй узел; при этом подсхема накопления энергии соединена с первым выводом напряжения и вторым узлом; при этом функциональная схема сбрасывает заряд, хранящийся в подсхеме накопления энергии, для сброса второго узла под управлением переключающей подсхемы в первое состояние и первый вывод напряжения; и при этом подсхема накопления энергии заряжается, а потенциал первого узла усиливается и выводится на второй узел под управлением переключающей подсхемы во втором состоянии и первого вывода напряжения.

Дополнительно подсхема переключения включает в себя: первый транзистор, содержащий затвор, соединенный с первым узлом, первый полюс, соединенный со вторым сигнальным выводом, и второй полюс, соединенный со вторым узлом; при этом подсхема накопления энергии включает в себя: накопительный конденсатор, содержащий первый конец, соединенный со вторым узлом, и второй конец, соединенный с первым выводом напряжения.

Дополнительно схема управления сбросом включает в себя второй транзистор, содержащий затвор, соединенный с первым выводом сигнала сканирования, первый полюс, соединенный с первым сигнальным выводом, и второй полюс, соединенный с первым узлом.

Необязательно выходная схема включает в себя: третий транзистор, содержащий затвор, соединенный со вторым узлом, первый полюс, соединенный со второй клеммой напряжения, и второй полюс, соединенный с первым полюсом четвертого транзистора; и четвертый транзистор, содержащий затвор, соединенный со вторым выводом сигнала сканирования, и второй полюс, соединенный с выводом считывания сигнала

. включает в себя: этап сброса, включающий: ввод первого сигнала сканирования в первый сигнальный вывод сканирования для включения схемы управления сбросом и вывод первого входного напряжения первого сигнального вывода в первый узел; ввод напряжения сброса на второй сигнальный вывод и вывод напряжения сброса на второй узел под управлением первого узла и первого вывода напряжения для сброса второго узла через функциональную схему; и этап сбора данных, включающий: приемник акустических волн, преобразующий принятую акустическую волну в электрический сигнал и выдающий электрический сигнал на первый узел; функциональную схему, усиливающую электрический сигнал первого узла и выдающую сигнал на второй узел, управляемый вторым сигнальным выводом и первым выводом напряжения; и выходную схему, выдающую следующее напряжение второго узла на терминал считывания сигнала под управлением второго терминала напряжения.

Необязательно, этап сброса, этап сбора, второй этап сброса и второй этап сбора последовательно выполняются в течение периода считывания сигнала акустической волны; и на первом этапе сбора данных приемник акустических волн преобразует сигнал области пиков принятой акустической волны в первый электрический сигнал и выводит первый электрический сигнал в первый узел; и на втором этапе сбора данных приемник акустических волн преобразует сигнал области впадины принятой акустической волны во второй электрический сигнал и выводит второй электрический сигнал в первый узел.

Необязательно, способ управления дополнительно включает: получение разности между значениями напряжения сигнала области пика, считанного терминалом считывания сигнала на первой фазе сбора данных, и сигнала области впадины, считанного терминалом считывания сигнала на второй фазе сбора данных.

Необязательно, в течение периода считывания сигнала акустической волны сигнал области пика и сигнал области впадины акустической волны, полученные соответственно во время первой фазы сбора данных и второй фазы сбора данных, располагаются в одном и том же периоде принятой акустической волны.

Дополнительно включает: во время фазы сброса сброс заряда с подсхемы накопления энергии функциональной схемы для сброса второго узла, когда коммутационная подсхема функциональной схемы находится в первом состоянии под управлением первый узел, и входное напряжение сброса на второй сигнальной клемме равно первому напряжению первой клеммы напряжения; переключение подсхемы переключения во второе состояние под управлением первого узла; и во время фазы сбора данных усиление и вывод электрического сигнала первого узла на второй узел.

Необязательно, переключение подсхемы переключения из во второе состояние происходит перед фазой сбора данных.

Вариант осуществления заявки дополнительно предусматривает, что приемник акустических волн в схеме считывания сигналов акустических волн представляет собой ультразвуковой преобразователь.

Дополнительно устройство считывания сигнала акустической волны представляет собой ультразвуковое сенсорное устройство, и ультразвуковое сенсорное устройство включает в себя: множество схем считывания сигнала акустической волны, расположенных в виде матрицы; при этом все выводы первого сигнала сканирования схем считывания сигнала акустической волны, расположенные в одном ряду, соединены с первой линией сканирования; и при этом все клеммы считывания сигнала схем считывания сигнала акустической волны, расположенные в одном столбце, соединены с линией считывания сигнала.

Опционально устройство считывания сигналов акустических волн может быть сконфигурировано для распознавания отпечатков пальцев.

Вариант осуществления настоящей заявки обеспечивает устройство считывания сигнала акустической волны, содержащее схему считывания сигнала акустической волны.

Вариант осуществления настоящей заявки обеспечивает схему считывания сигнала акустической волны, способ ее управления и считывающее устройство. Схема считывания сигнала акустической волны включает в себя: приемник акустической волны, схему управления сбросом, функциональную схему и выходную схему; приемник акустических волн и первый узел А соединены для преобразования принятого сигнала акустических волн в электрический сигнал и вывода на первый узел; схема управления сбросом подключена к первому узлу, первому сигнальному выводу сканирования и первому сигнальному выводу и сконфигурирована для использования в том случае, когда напряжение первого сигнального вывода выводится на первый узел под управлением конца сигнала сканирования. ; функциональная схема соединена с первым узлом, вторым узлом, второй сигнальной клеммой и первой клеммой напряжения и используется в первом узле. Под управлением второй сигнальной клеммы и первой клеммы напряжения напряжение второй сигнальный терминал выводится на второй узел для сброса второго узла; либо потенциал первого узла усиливается, а второй узел выводится; выходная цепь и второй узел подключен к терминалу считывания сигнала для вывода следующего напряжения на второй узел к терминалу считывания сигнала.

В некоторых вариантах осуществления схем считывания сигнала акустической волны, раскрытых в настоящей заявке, используется сквозной метод считывания сигнала. Напротив, многие традиционные системы считывают напрямую, следуя небольшому напряжению или считывая сигнал с использованием токового режима. Эти традиционные методы могут привести к плохой точности считываемого сигнала из-за небольших изменений считываемого сигнала. В способе прохождения некоторых вариантов осуществления этой заявки устанавливается функциональная схема, и электрический сигнал, преобразованный принятым сигналом акустической волны, сначала усиливается, пока реализуется сброс. Затем выходные данные считываются с использованием метода следования за напряжением, что снижает уровень шума и повышает точность сигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для того, чтобы более четко проиллюстрировать варианты осуществления настоящей заявки и технических решений, ниже приводится описание чертежей этой заявки. Чертежи и последующее описание представляют только часть возможных вариантов осуществления приложения.

РИС. 1 показана структурная схема схемы считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС.2 показывает схематическую структурную схему другой схемы считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС. 3 показывает схематическую структурную схему еще одной схемы считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС. 4 показывает временную диаграмму управления схемой считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС. 5 показывает схему распределения схемы считывания в устройстве считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС.6 показывает структурную схему приемника акустических волн в устройстве считывания сигналов акустических волн согласно варианту осуществления настоящей заявки;

РИС. 7 показана блок-схема способа управления схемой считывания сигнала акустической волны согласно варианту осуществления настоящей заявки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Технические решения вариантов осуществления настоящей заявки ясно и полностью описаны в последующем описании со ссылкой на прилагаемые чертежи.Описанные варианты осуществления являются лишь частью вариантов осуществления настоящей заявки, но не включают все варианты осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистом в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящей заявки без творческих усилий, входят в объем настоящей заявки.

Если не указано иное, технические термины или научные термины, используемые в вариантах осуществления настоящей заявки, должны толковаться в обычном значении специалистов в данной области.Термины «первый», «второй» и аналогичные термины, используемые в настоящей заявке, не обозначают какой-либо порядок, количество или важность, а просто используются для различения различных компонентов. Слова «содержащий», «содержит» и т.п. означают, что элемент или элемент, предшествующий слову, содержит или состоит из элементов или элементов, следующих за словом. Слова «связанный», «соединенный» и т.п. не ограничиваются физическим или механическим соединением, но могут включать электрическое соединение, прямое или косвенное.«Верхний», «нижний», «левый», «правый» и т. д. используются только для обозначения относительного позиционного отношения, и когда абсолютное положение описываемого объекта изменяется, относительное позиционное отношение также может измениться соответствующим образом.

Некоторые традиционные схемы акустических волн напрямую считывают сигнал, используя метод следования за малым напряжением. В этих обычных схемах сигнал может быть слишком слабым. В других традиционных схемах используется метод считывания тока, а сигнал принимается извне.Схемы страдают от помех связи и других помех, которые приводят к плохой точности считываемого сигнала.

Варианты осуществления настоящей заявки обеспечивают схему считывания сигнала акустической волны. Как показано на фиг. 1, схема 10 считывания сигнала акустической волны включает в себя: приемник 100 акустической волны, схему 101 управления сбросом, функциональную схему 102 и выходную схему 103 .

Приемник акустических волн 100 преобразует принятый сигнал акустических волн в электрический сигнал и выводит электрический сигнал на первый узел A.Приемник акустических волн , 100, может представлять собой ультразвуковой преобразователь, который обычно используется в области ультразвуковых сенсорных устройств, но не ограничивается этим.

Схема 101 управления сбросом соединена с первым узлом A, первым сигнальным выводом сканирования Scan 1 и первым сигнальным выводом Vq. Схема 101 управления сбросом выводит напряжение первого сигнального вывода Vq в первый узел А под управлением первого сканирующего вывода сигнала сканирования 1 .

Функциональная схема 102 соединена с первым узлом A, вторым узлом B, вторым сигнальным выводом Vc и первым выводом напряжения ELVDD. Функциональная схема 102 управляет первым узлом A, вторым сигнальным выводом Vc и первым выводом напряжения ELVDD. Функциональная схема 102 выполняет несколько функций в зависимости от состояния компонентов внутри функциональной схемы, таких как транзистор T 1 , как описано ниже со ссылкой на фиг.3. Функциональная схема 102 выводит напряжение второго сигнального вывода Vc на второй узел B для сброса второго узла B. Функциональная схема 102 также усиливает потенциал первого узла A и выводит усиленный потенциал на второй узел B.

Выходная схема 103 соединена со вторым узлом B и терминалом считывания сигнала O. Выходная схема 103 выводит следующее напряжение второго узла B на терминал считывания сигнала O.

Терминал считывания сигнала O может быть соединен с одной или несколькими ИС (интегральной схемой), цепями источника питания и другими компонентами с помощью линии считывания сигнала Readline для выполнения таких функций, как считывание сигнала и дальнейшая обработка для таких приложений, как получение отпечатков пальцев или сенсорное управление.

Таким образом, некоторые обычные схемы считывания сигнала акустической волны настраиваются путем сравнения считывания сигнала с небольшим последействием напряжения или режимом тока, что приводит к плохой точности считываемого сигнала.Напротив, вариант функциональной схемы по настоящей заявке реализует сброс, одновременно усиливает электрический сигнал преобразованного принятого сигнала акустической волны, а затем выполняет считывание выходного сигнала посредством отслеживания напряжения, тем самым повышая помехоустойчивость. считываемого сигнала и повышения точности сигнала.

Конкретные конфигурации схемы вышеописанной схемы 101 управления сбросом, функциональной схемы 102 и выходной схемы 103 будут дополнительно описаны ниже посредством конкретных вариантов осуществления.

Схема управления сбросом 101 показана на РИС. 3. Схема 101 управления сбросом может включать в себя второй транзистор T 2 , содержащий затвор, соединенный с первым выводом сигнала развертки Scan 1 , первый полюс, соединенный с первым сигнальным выводом Vq, и второй полюс, соединенный с первый узел A. Второй транзистор T 2 включается под управлением первого вывода сигнала сканирования Scan 1 и выводит напряжение первого сигнального вывода Vq на первый узел A.

Функциональная схема 102 показана на РИС. 2. Функциональная схема 102 может включать в себя подсхему 1021 переключения и подсхему 1022 накопления энергии.

Подсхема переключения 1021 соединена с первым узлом A, вторым сигнальным выводом Vc и вторым узлом B. Подсхема переключения 1021 сконфигурирована для переключения состояний под управлением первого узла A, второй сигнальный терминал Vc и второй узел B.Подсхема переключения , 1021, переключается между первым состоянием и вторым состоянием.

Подсхема накопления энергии 1022 подключена к первой клемме напряжения ELVDD и второму узлу B. – схема 1021 находится в первом состоянии для сброса второго узла B. Функциональная схема 102 заряжает подсхему накопления энергии 1022 и усиливает потенциал первого узла A для вывода на второй узел B, когда коммутационная подсхема 1021 находится во втором состоянии.

Таким образом, функциональная схема , 102, реализует различные функции на разных этапах посредством переключения состояний подсхемы переключения , 1021, между первым состоянием и вторым состоянием. Схематически эти состояния можно представить в виде двух фаз. Как описано ниже, в фазе S 1 сброса напряжение второго сигнального вывода Vc выводится на второй узел B для сброса второго узла B. В фазе S 2 сбора данных потенциал первого узел A усиливается и выводится на второй узел B.

В частности, на этапе сброса S 1 коммутационная подсхема 1021 находится в первом состоянии, и заряд, хранящийся в подсхеме 1022 накопления энергии, очищается для сброса второго узла B. На этапе S 2 сбора подсхема переключения 1021 находится во втором состоянии, и функциональная схема 102 усиливает потенциал первого узла A и выводит усиленный потенциал на второй узел B для последующего получение сигнала. Подсхема накопления энергии , 1022, одновременно заряжается во время фазы S 2 сбора данных.

Как показано на РИС. 3, коммутационная подсхема 1021 может включать в себя: первый транзистор T 1 , содержащий затвор, соединенный с первым узлом A, первый полюс, соединенный со вторым сигнальным выводом Vc, и второй полюс, соединенный со вторым узлом B.

Подсхема накопления энергии 1022 включает накопительный конденсатор Cst. Первый вывод накопительного конденсатора Cst соединен со вторым узлом B, а второй конец соединен с первым выводом напряжения ELVDD.

В фазе сброса S 1 напряжение второго сигнального вывода Vc выводится на первый узел A через первый транзистор T 1 , и заряд накопительного конденсатора Cst сбрасывается для сброса второго узла B На основании этого специалистам в данной области техники будет понятно, что в фазе сброса S 1 первый транзистор T 1 находится в области переменного сопротивления (которую можно рассматривать как вышеупомянутое первое состояние), и используется как переключатель. Также можно понять, что накопительный конденсатор Cst сбрасывает внутренний заряд на этом этапе, и существует период, в котором напряжение второго сигнального вывода Vc равно напряжению первого вывода напряжения ELVDD, чтобы гарантировать, что заряд в накопителе конденсатор Cst разряжен.

На этапе сбора S 2 потенциал первого узла A может быть усилен первым транзистором T 1 и может быть выведен на второй узел B. Можно понять, что первый транзистор T 1 может находиться в области насыщения (которую можно рассматривать как вышеупомянутое второе состояние).Ток стока не может изменяться в зависимости от напряжения исток-сток для первого транзистора T 1 в области насыщения и может зависеть только от напряжения затвор-исток. Это соотношение может быть представлено в виде формулы: I d = K n (V gs −V th ) 2 , где , является проводящим, а константа является пороговым напряжением.

Исходя из этого, на этапе сбора S 2 первый транзистор T 1 может поддерживаться в области насыщения, а потенциал первого узла A может быть усилен и выведен на второй узел B.Этот выход понизит потенциал во втором узле B и одновременно сохранит заряд на накопительном конденсаторе Cst. Снижение потенциала во втором узле В показано на фиг. 4.

Также можно понять, что потенциал первого узла А на этапе сбора S 2 представляет собой акустический сигнал, преобразованный в электрический сигнал приемником 100 акустических волн. Конструкция приемника акустических волн 100 и схемы считывания акустических волн 10 может основываться на диапазоне ожидаемого акустического сигнала.В качестве одного примера транзистор T 1 и напряжение первого сигнального вывода Vq выбираются так, чтобы при необходимости первый транзистор T 1 мог находиться в области насыщения.

Выходная цепь показана на РИС. 3. Выходная схема 103 может включать в себя третий транзистор T 3 и четвертый транзистор T 4 . Затвор третьего транзистора T 3 соединен со вторым узлом B, первый полюс третьего транзистора T 3 соединен со вторым выводом напряжения ELVSS, а второй полюс третьего транзистора T 3 соединен с первым полюсом четвертого транзистора T 4 .

Затвор четвертого транзистора T 4 соединен со второй клеммой сигнала сканирования Scan 2 , а второй полюс четвертого транзистора T 4 соединен с клеммой считывания сигнала O. Можно понять, что четвертый транзистор T 4 служит затворным переключателем. Четвертый транзистор T 4 можно заменить и другими способами.

В частности, в состоянии, когда четвертый транзистор T 4 включен, третий транзистор T 3 действует как повторитель напряжения для отслеживания потенциала второго узла B. Четвертый транзистор T 4 выводит сигнал на клемму считывания сигнала O. Можно понять, что потенциал первого узла A соответствует электрическому сигналу, преобразованному из принятого сигнала акустической волны, усиливается и выводится на второй узел. B. Третий транзистор T 3 действует как повторитель напряжения для вывода преобразованного акустического сигнала через функциональную схему 102 . Понятно, что усиленный электрический сигнал преобразованного акустического сигнала не изменяет фактически генерируемый шум, что эквивалентно усилению противошумовой способности преобразованного акустического сигнала.Таким образом, схема 10 считывания сигнала акустической волны обеспечивает высокую точность считывания через клемму О считывания сигнала.

Также можно понять, что первый полюс третьего транзистора T 3 может быть истоком, а второй полюс третьего транзистора T 3 может быть стоком. В некоторых примерах первый полюс третьего транзистора T 3 может быть стоком, а второй полюс третьего транзистора T 3 может быть истоком.Конфигурация истока и стока в настоящей заявке не ограничена. Кроме того, схема 10 считывания сигнала акустической волны в настоящей заявке может быть спроектирована на основе стеклянной подложки и тонкопленочного транзистора, как описано выше, но не ограничивается этим.

Вариант осуществления настоящей заявки дополнительно обеспечивает способ управления схемой считывания сигнала акустической волны, такой как схема 10 считывания сигнала акустической волны, который дополнительно описывает рабочую фазу каждой схемы в схеме считывания сигнала акустической волны, и одновременно ссылается на временную диаграмму управления на фиг.4, и конфигурация, изображенная на фиг. 3. Далее будет подробно описано состояние включения/выключения каждого транзистора в схеме считывания сигнала акустической волны.

Следует отметить, что в варианте осуществления настоящей заявки первая клемма напряжения ELVDD является входом высокого напряжения, а вторая клемма напряжения ELVSS находится на низком напряжении или заземлении. Транзисторы схемы считывания сигнала акустической волны в варианте осуществления включены и выключены. Варианты осуществления описаны так, как если бы все транзисторы были N-типа.Однако все транзисторы также могут быть P-типа и могут быть описаны инвертированием всех описанных здесь управляющих сигналов.

В частности, способ управления схемой считывания сигнала акустической волны включает в себя по меньшей мере одну фазу сброса S 1 и по меньшей мере одну фазу сбора S 2 .

В фазе сброса S 1 первый сигнал сканирования вводится на клемму первого сигнала сканирования. Сканирование 1 для включения схемы управления сбросом 101 , при этом полученное первое напряжение V 1 поступает от первый сигнальный терминал Vq выводится на первый узел A. Эти этапы фазы сброса S 1 показаны как этапы , 202, и , 204, на фиг. 7.

Фаза S 1 сброса дополнительно включает в себя ввод напряжения Vr сброса на второй сигнальный вывод Vc и вывод напряжения Vr сброса на второй узел B через функциональную схему 102 . Этот этап фазы сброса S 1 показан как этап 206 на фиг. 7. Функциональная схема 102 управляется первым узлом A и первой клеммой напряжения ELVDD.

В частности, на фиг. 3 в сочетании с фиг. 4, под управлением первого сигнала сканирования, вводимого на клемму первого сигнала сканирования Scan 1 , включается второй транзистор T 2 , и первое напряжение V 1 выводится на первый узел A. первое напряжение V 1 вводится первой сигнальной клеммой Vq. Под управлением первого узла А первый транзистор Т 1 включен и находится в области переменного сопротивления. Первый транзистор Т 1 , включенный в область переменного сопротивления, переводит коммутационную подсхему 1021 в первое состояние. Второй сигнальный вывод Vc выводит напряжение Vr сброса на второй узел B. Напряжение Vr сброса может иметь высокий потенциал. Во время этой фазы напряжение первой клеммы напряжения ELVDD может быть равно напряжению сброса Vr, и, следовательно, напряжение на накопительном конденсаторе Cst равно. Заряд, хранящийся в накопительном конденсаторе Cst, сбрасывается, тем самым достигается цель сброса второго узла B.Сброс второго узла B на этапе S 1 сброса показан как этап 208 на фиг. 7.

На этапе сбора данных S 2 приемник акустических волн 100 преобразует принятый сигнал акустических волн в электрический сигнал и выводит его на первый узел A. Этот этап этапа сбора данных S 2 представляет собой показан как этап , 210, на фиг. 7.

Можно понять, что пока есть сигнал акустической волны, приемник акустической волны 100 преобразует принятый сигнал акустической волны в электрический сигнал и выводит его на первый узел A.Однако потенциал первого узла А может быть ограничен в фазе сброса S 1 первым напряжением V 1 на первом сигнальном выводе Vq. Ограничение предотвращает влияние электрического сигнала, преобразованного приемником акустических волн 100 в фазе сброса S 1 , на потенциал первого узла A.

падает до низкого потенциала, а потенциал первого узла А представляет собой в основном электрический сигнал, преобразованный приемником акустических волн 100 .Специалисту в данной области техники понятно, что низкий потенциал первого сигнального вывода Vq слабо связан с преобразованным электрическим сигналом.

В фазе сбора S 2 , под управлением второй сигнальной клеммы Vc и первой клеммы напряжения ELVDD, функциональная схема 102 усиливает электрический сигнал первого узла A и выводит усиленный сигнал на второй узел B. Этот этап фазы обнаружения S 2 показан как этап 212 на фиг.7. Под управлением второй клеммы напряжения ELVSS выходная схема 103 выводит следующее напряжение второго узла B на клемму считывания сигнала O. Этот этап фазы сбора данных S 2 показан как этап 214. на ФИГ. 7.

В частности, на фиг. 3 и в сочетании с фиг. 4, в фазе обнаружения S 2 напряжение второго сигнального вывода Vc падает до низкого потенциала. Под управлением первого узла А (соответствующего электрическому сигналу принятого сигнала акустической волны) первый транзистор Т 1 находится в области насыщения и, следовательно, коммутационная подсхема 1021 находится во втором состояние на этапе приобретения S 2 .Потенциал второго узла В уменьшается от высокого потенциала фазы сброса S 1 и начинает заряжаться накопительный конденсатор Cst. Потенциал первого узла A проходит через первый транзистор T 1 , усиливается и выводится на второй узел B на этапе S 2 сбора данных. Временная диаграмма управления на фиг. 4 показывает падение потенциала второго сигнального вывода Vc в фазе обнаружения S 2 . Потенциал второго узла B и терминала O считывания сигнала показан как уменьшающийся в фазе сбора S 2 на фиг.4.

Далее, во время фазы сбора данных S 2 , четвертый транзистор T 4 включается под управлением второго сигнала сканирования, вводимого вторым выводом сигнала сканирования Scan 2 и третьим транзистором T 3. следует за напряжением второго узла B как повторитель напряжения. Это последующее напряжение выводится на клемму считывания сигнала O.

Можно понять, что четвертый транзистор T 4 может быть обычным переключающим транзистором. В фазе обнаружения S 2 второй сигнал сканирования, вводимый через второй вывод сигнала сканирования Scan 2 , включает третий транзистор T 3 , и третий транзистор T 3 становится насыщенным. Третий транзистор T 3 следует за напряжением второго узла B как повторитель напряжения, когда он находится в состоянии насыщения. Последующее напряжение может быть эквивалентно последующему напряжению или, другими словами, напряжения на выводе O считывания сигнала и втором узле B могут быть равными.Напряжение клеммы считывания сигнала O может быть пропорционально усилено. Настоящая заявка не ограничивает усиление напряжения считывания сигнала, и третий транзистор T 3 может быть выбран для удовлетворения широкого спектра потребностей конструкции, таких как усиление.

Напряжение сброса Vr должно контролироваться, чтобы гарантировать, что оно не повлияет на последующую фазу сбора данных, такую ​​как S 4 , которая отрицательно повлияет на точность измерения. ФИГ. 3 и 4 изображают переключение подсхемы , 1021, переключения во второе состояние перед входом в фазу S 2 сбора данных.В частности, ближе к концу фазы S 1 сброса напряжение V 1 , вводимое на первый сигнальный вывод Vq, и напряжение Vr сброса, вводимое на второй сигнальный вывод Vc, уменьшаются с высокого уровня перед входом в фазу S сбора данных. 2 . Это падение напряжения можно увидеть перед пунктирной линией, изображающей переходы от фазы S 1 сброса к фазе S 2 сбора данных на фиг. 4. Эти уменьшения обеспечивают переход первого транзистора T 1 в фазу S 2 сбора данных из фазы S 1 сброса.Область переменного сопротивления первого транзистора T 1 переключается в область насыщения, тем самым гарантируя, что входной сигнал (например, напряжение сброса Vr) второй сигнальной клеммы Vc не влияет на фазу сбора данных S 2 , когда вступает в фазу приобретения S 2 . Таким образом, это падение напряжения обеспечивает стабильность и точность полученного сигнала.

Описанный выше метод управления представляет собой процесс управления схемой считывания сигнала акустической волны на различных этапах.Можно понять, что в случае, когда сценарии применения схемы считывания сигнала акустической волны различны, считывание сигнала акустической волны в описанном выше процессе управления может иметь соответствующие корректировки.

Иллюстративно, в некоторых вариантах осуществления схема считывания сигнала акустической волны может использоваться в качестве схемы ультразвукового считывания в области ультразвукового прикосновения. В этом случае можно понять, что в области ультразвукового прикосновения излучение обычно представляет собой пики стоячей волны, показанные в фазе сбора данных S 2 на фиг.4, и впадины, показанные на этапе сбора данных S 4 . Стоячая волна W состоит из ультразвуковой волны и, соответственно, отраженного эха. Выявляется различие между сигналом обнаруженного положения пика или сигналом области пика и положением впадины или сигналом области впадины. Это значение разницы используется для определения фактического положения касания или шаблона отпечатка пальца.

В варианте осуществления способа управления схемой считывания сигнала акустической волны сигнал области пика и сигнал области впадины сигнала акустической волны могут быть считаны отдельно во время разных фаз сбора данных.В этом случае необходимы различные приобретения. Перед данной фазой сбора данных соответствующая фаза сброса выполняется отдельно.

Например, на фиг. 4, приемник акустических волн (например, 100 ) считывает сигнал пика и впадины в стоячей волне W, состоящей из переданной ультразвуковой волны и отраженного эха. Период P считывания сигнала акустической волны включает в себя: фазу сброса или первую фазу сброса S 1 ; фаза сбора данных или первая фаза сбора данных S 2 ; фаза сброса или вторая фаза сброса, S 3 ; и этап сбора или второй этап сбора S 4 ; которые устанавливаются последовательно.

Двумя фазами сбора данных в период P считывания сигнала акустической волны первого сигнала акустической волны являются: первая фаза сбора данных S 2 и вторая фаза сбора данных S 4 соответственно. На первом этапе сбора данных S 2 приемник акустических волн преобразует сигнал области пика принятого сигнала акустической волны в первый электрический сигнал, который выводится на первый узел (например, А). На втором этапе сбора данных S 4 приемник акустических волн (т.g., 100 ) преобразует сигнал области впадины сигнала акустической волны во второй электрический сигнал, который выводится на первый узел A.

Вариант осуществления способа управления для схемы считывания сигнала акустической волны, в частности, включает один сброс фазы в течение одного периода P считывания сигнала акустической волны. На фиг. 3 для изображения компонентов первый сигнал сканирования вводится на первый вывод сигнала сканирования Scan 1 для включения схемы 101 управления сбросом. Первое напряжение V 1 вводится на первую сигнальную клемму Vq и выводится на первый узел A. Напряжение сброса Vr вводится на вторую сигнальную клемму Vc и выводится на второй узел B. Напряжение сброса Vr равно выход через функциональную схему 102 под управлением первого узла A и первого вывода напряжения ELVDD для сброса второго узла B.

сигнал области пика принятого сигнала акустической волны в первый электрический сигнал, который выводится на первый узел A.Под управлением второй сигнальной клеммы Vc и первой клеммы напряжения ELVDD функциональная схема 102 усиливает первый электрический сигнал первого узла A и выводит усиленный сигнал на второй узел B. Под управлением второго напряжения клемма ELVSS, выходная схема 103 выводит следующее напряжение второго узла B на клемму считывания сигнала O.

Во второй фазе сброса S 3 первый сигнал сканирования вводится на первую клемму сигнала сканирования. 1 для включения схемы управления сбросом 101 , и вход первого напряжения V 1 на первый сигнальный терминал Vq и выход на первый узел A.Напряжение сброса Vr вводится на второй сигнальный вывод Vc и выводится на второй узел B через функциональную схему , 102, под управлением первого узла A и первого вывода напряжения ELVDD. Эти действия предназначены для сброса второго узла B.

На втором этапе сбора данных S 4 приемник акустических волн 100 преобразует сигнал области впадины принятого сигнала акустической волны во второй электрический сигнал, который выводится на первый узел А.Под управлением второй сигнальной клеммы Vc и первой клеммы напряжения ELVDD функциональная схема 102 усиливает второй электрический сигнал первого узла A и выводит усиленный сигнал на второй узел B. Под управлением второго напряжения клемма ELVSS, выходная схема 103 выводит следующее напряжение второго узла B на клемму считывания сигнала O.

и определенный регион по обе стороны от пика.Точно так же сигнал области впадины акустической волны включает в себя впадину и определенную область по обеим сторонам впадины. Сигнал области пика и сигнал области впадины стоячей волны W можно увидеть в фазах сбора данных S 2 и S 4 на фиг. 4. Размер области пика и области впадины будет корректироваться в соответствии с потребностями приложения. Также понятно, что частота сигнала акустической волны, вероятно, будет известна для приложения, так что первый этап сбора данных S 2 и второй этап сбора данных S 4 расположены в области пика и области впадины сигнал акустической волны соответственно.Вариант осуществления с таким расположением показан на фиг. 4, но возможно и другое расположение фазы или фаз сбора данных.

Варианты осуществления способа управления могут дополнительно включать в себя: получение значения напряжения соответствующего сигнала области пика на терминале считывания сигнала O на первой фазе сбора S 2 , получение соответствующего значения напряжения соответствующего сигнала области впадины на терминал О считывания сигнала на второй фазе сбора данных S 4 и вычисление разности ΔV значений напряжения. Разницу ΔV между значениями напряжения можно использовать для количественной оценки принятого акустического сигнала.

Можно понять, что значение напряжения соответствующего сигнала области пика относится к максимальному абсолютному напряжению среди напряжений, считанных на клемме О считывания сигнала на первой фазе сбора данных S 2 . Напряжение сигнала области пика может быть определено по максимальной разности напряжений между напряжениями, считанными на первой фазе сбора данных S 2 , и напряжением, считанными на соответствующей фазе сброса (например,г., S 1 ). Значение напряжения соответствующего сигнала области впадины представляет собой напряжение, считанное на клемме О считывания сигнала во второй фазе сбора данных S 4 , имеющее максимальное абсолютное напряжение. Напряжение сигнала области впадины может быть определено по максимальной разности напряжений между напряжениями, считанными на второй фазе сбора данных S 4 , и напряжением, считанными на соответствующей фазе сброса (например, S 3 ).

Исходя из этого, в некоторых вариантах осуществления, когда схема считывания сигнала акустической волны используется в устройстве распознавания отпечатков пальцев, интенсивность отражения сигнала акустической волны отличается из-за впадин и выступов пальца.Таким образом, способ управления, такой как описанный выше, может быть использован для идентификации впадин и выступов пальца путем определения различий между значениями напряжения, считанными на выводе O считывания сигнала во время различных фаз S 2 сбора данных.

Сигналы можно собирать в любом порядке. Последовательность изображенной первой фазы сбора S 2 для сбора сигнала области пика сигнала акустической волны и второй фазы сбора S 2 ‘ для сбора сигнала области впадины сигнала акустической волны показана в качестве примера.Сначала может быть обработан сигнал, собранный в области впадины, за которым следует сигнал, собранный в области пика. Настоящая заявка не ограничивается каким-либо конкретным порядком сбора или приобретения.

Кроме того, на РИС. 4 является только иллюстрацией периода стоячей волны в качестве примера, и способ управления настоящей заявкой описан со ссылкой на этот пример. Можно понять, что фактический способ контроля представляет собой процесс последовательного выполнения множества циклов обнаружения на каждом из вышеперечисленных этапов.Для включения/выключения, регулировки состояния и регулировки сигнала транзистора обратитесь к соответствующим частям в предыдущем варианте осуществления.

Варианты осуществления, в которых первая фаза S 2 сбора данных и вторая фаза S 4 сбора данных принимаются в течение одного периода P считывания сигнала акустической волны, могут демонстрировать повышенную эффективность обнаружения и точность результата обнаружения. В таких вариантах осуществления сигнал области пика и сигнал области впадины сигнала акустической волны расположены в одном и том же периоде сигнала акустической волны. Однако возможны и другие варианты фаз и периодов приобретения.

Кроме того, вариант осуществления настоящей заявки дополнительно обеспечивает устройство считывания сигнала акустической волны, содержащее одну или несколько схем считывания сигнала акустической волны в соответствии с одним из вариантов осуществления, рассмотренных выше. Схема считывания сигнала акустической волны устройства считывания сигнала акустической волны может иметь структуру и выгодные эффекты, аналогичные схеме считывания сигнала акустической волны, представленной в предшествующем обсуждении.Поскольку в предшествующем варианте осуществления подробно описана структура и выгодные эффекты схемы считывания сигнала акустической волны, он не будет повторно описываться здесь.

В некоторых вариантах осуществления устройство считывания сигнала акустической волны может представлять собой устройство распознавания отпечатков пальцев. В некоторых вариантах осуществления устройство считывания сигнала акустической волны может представлять собой ультразвуковое сенсорное устройство. Например, ультразвуковое сенсорное устройство можно использовать для получения изображения отпечатка пальца. Настоящее приложение не ограничивается сенсорным управлением.Соответствующая схема считывания сигнала акустической волны может быть установлена ​​в соответствии с применением ультразвукового сенсорного устройства. Ультразвуковые сенсорные устройства часто содержат множество схем , 10, считывания сигналов акустических волн, расположенных в виде матрицы, как показано на фиг. 5. Множество схем 10 считывания сигналов акустических волн могут быть ориентированы вдоль двух осей, таких как оси x и y, как показано на фиг. 5. Терминал первого сигнала сканирования Scan 1 каждой из множества схем 10 считывания сигнала акустической волны может быть соединен с первой линией GL сканирования.Клеммы О считывания сигнала множества схем 10 считывания сигнала акустической волны в одном столбце могут быть соединены с линией сигнала считывания Readline. Другие конфигурации соединений со строками сканирования (например, GL) и строками чтения (например, Readline) также возможны, не выходя за рамки приложения.

Схемы считывания сигналов акустических волн 10 , снабженные терминалом второго сигнала сканирования Scan 2 , могут быть подключены ко второй линии сканирования SSL.В одном варианте осуществления терминалы второго сигнала сканирования Scan 2 , расположенные во множестве схем считывания сигналов акустических волн в одном ряду, соединены с одной и той же второй линией SSL сканирования.

В ультразвуковом сенсорном устройстве приемником акустических волн в цепи считывания сигналов акустических волн может быть ультразвуковой преобразователь. Ультразвуковые преобразователи часто включают анод и катод, а также чувствительный к давлению материал между анодом и катодом. Один вариант осуществления, показанный на фиг.6 изображено ультразвуковое устройство на стеклянной основе с многослойной структурой. Верхний слой представляет собой сплошной металлический электрод 600 , средний слой представляет собой пьезоэлектрический поливинилидендифторид (ПВДФ) 602 , а нижний слой представляет собой набор пикселей 604 схем считывания сигналов акустических волн 10 для прием и усиление ультразвуковых сигналов. Другие варианты осуществления могут включать в себя компоновку , 604, ультразвуковых преобразователей, включающую в себя множество схем , 10, считывания сигналов акустических волн, расположенных в виде матрицы.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что все или часть этапов реализации описанных выше вариантов осуществления способа могут быть выполнены с использованием аппаратных средств, связанных с программными инструкциями. Например, устройство 1 считывания акустических волн, как показано на фиг. 1, может включать в себя интегральную схему 50 , подключенную к Readline. Интегральная схема 50 может включать в себя процессор 52 , соединенный с памятью 54 . Память 54 может включать в себя инструкции 56 , а инструкции 56 могут включать в себя шаги для выполнения способов управления, описанных выше, или других вариантов осуществления способов управления в рамках данной заявки.Память или носитель данных 54 может включать в себя носитель, который может хранить программные коды, такой как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), магнитный диск или оптический диск.

Описанные варианты осуществления обсуждаются только в качестве примера. Объем настоящей заявки не ограничивается описанными вариантами осуществления. Специалист в данной области может легко представить изменения или замены в рамках технического объема настоящей заявки.

РЕФЕРЕНТНЫЕ ЭТИКЕТКИ
  • 1 — устройство для считывания сигналов акустических волн;
  • 10 — схема считывания сигнала акустической волны;
  • 100 —акустический приемник;
  • 101 —цепь управления сбросом;
  • 102 —схема функциональная;
  • 1021 —подсхема коммутации;
  • 1022 —подсхема накопления энергии;
  • 103 —цепь выходная;
  • А — первый узел;
  • Б — второй узел;
  • О—терминал считывания сигналов;
  • ELVDD — первая клемма напряжения;
  • ELVSS – вторая клемма напряжения;
  • Vq—первая сигнальная клемма;
  • Vc — вторая сигнальная клемма;
  • Развертка 1 —развертка первого сигнала;
  • Развертка 2 —второй вывод сигнала развертки;
  • Cst—накопительный конденсатор;
  • T 1 —первый транзистор;
  • T 2 —транзистор второй;
  • T 3 —транзистор третий;
  • T 4 —четыре транзистора;
  • Вт — стоячая волна;
  • Readline — чтение сигнальной линии;
  • GL – линия сканирования;
  • Вр – напряжение сброса;
  • В 1 — первое напряжение;
  • S 1 —фаза сброса;
  • S 2 — фаза приобретения;
  • S 3 — вторая фаза сброса;
  • S 4 — второй этап сбора;
  • P – период чтения сигнала акустической волны;
  • 50 —схема интегральная;
  • 52 —процессор;
  • 54 —память;
  • 56 —инструкции.

Использование графена акустоэлектрического выключателя путем двойной поверхности акустической волны преобразователей

, 1 , 1 , 1 , 1 , 2 , 3 , 4 и 1 и 1

Ching -Ping Lee

1 Факультет физики, Национальный университет Цинхуа, Синьчжу, 30013 Тайвань

Ю-Пэн Хун

1 Факультет физики, Национальный университет Цинхуа, Синьчжу, 30013 Маньин-Тайвань 90

Тайвань 90

Shen

1 Физический факультет Национального университета Цинхуа, Синьчжу, 30013 Тайвань

Чиу-Чунь Тан

1 Физический факультет Национального университета Цинхуа, Синьчжу, 30013 Тайвань 90

D.C. Ling

2 Факультет физики, Университет Тамкан, район Тамсуй, Нью-Тайбэй, 25137 Тайбэй, Тайвань

Юнг-Фу Чен

3 Факультет физики, Национальный центральный университет, Чжонли, 320011

Cen-Shawn Wu

4 Факультет физики, Национальный педагогический университет Чанхуа, Чанхуа, 50007 Тайвань

Jeng-Chung Chen

1 Факультет физики, Национальный университет Цин Хуа, H. S.

1 Факультет физики, Национальный университет Цинхуа, Синьчжу, 30013 Тайвань

2 Факультет физики, Университет Тамкан, округ Тамсуй., New Taipei City, 25137 Тайбэй, Тайвань

3 Факультет физики, Национальный центральный университет, Чжонли, 32001 Тайвань

4 Факультет физики, Национальный педагогический университет Чанхуа, Чанхуа, 50007 Тайвань

7 Корреспонденция автора .

Поступила в редакцию 6 марта 2019 г.; Принято 20 мая 2019 г.

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете оригинал. автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения.Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Эта статья цитировалась в других статьях PMC.

Abstract

Мы реализуем логический переключатель с использованием графенового акустоэлектрического преобразователя при комнатной температуре. Мы используем две пары встречно-цифровых преобразователей (IDT) для запуска поверхностных акустических волн (SAW) на подложке LiNbO 3 и используем графен в качестве материала канала для поддержания акустоэлектрического тока I ae , индуцированного SAW. Путем совместной настройки входной мощности на ВШП мы можем манипулировать направлением распространения I ae таким образом, чтобы измеренное значение I ae можно было преднамеренно контролировать, чтобы оно было положительным, отрицательным или даже нулевым. .Мы определяем пересечение нуля I ae как Iaeoff, а затем показываем, что I ae можно переключать с отношением Iaeon/Iaeoff~104 со скоростью до нескольких десятков кГц. Наше устройство с доступной схемой работы предоставляет средства для преобразования входящих акустических волн, модулированных оцифрованной последовательностью данных, в электрические сигналы с полосой частот, подходящей для цифровой аудиомодуляции. Следовательно, это потенциально может открыть путь для разработки логических устройств на основе графена в крупномасштабной интеграционной электронике.

Тематические термины: Наноустройства, графен

Введение

Графен – двумерный (2D) лист атомов углерода, расположенных в виде сотовой решетки – проявляет различные уникальные свойства, полезные для посткремниевой электроники 1 , 2 . Недавние разработки графеновых полевых транзисторов (GFET) позволяют предположить, что графен имеет большие перспективы в радиочастотных (РЧ) приложениях 3 5 . Для цифровой электроники использование новых материалов в качестве преемника кремния должно обеспечивать превосходные возможности переключения с низкой мощностью рассеяния в выключенном состоянии и высоким отношением токов включения/выключения 6 , 7 Тем не менее, применение графена в логических схемах 2 представляет собой серьезное препятствие, потому что чистый графен не имеет ширины запрещенной зоны 1 . В результате GFET нельзя эффективно отключить, что приводит к низкому коэффициенту тока включения/выключения, обычно менее 10 2 .Впоследствии исследовательские усилия были направлены на два разных направления: разработка графенового материала для открытия запрещенной зоны 8 , 9 или использование слоистых 2D-полупроводников с естественной шириной запрещенной зоны, т.е. дихалькогениды переходных металлов (TMD) и черный фосфор (BP) 7 .

В этой работе мы сообщаем о другом подходе к использованию графена для логических устройств с использованием акустоэлектрических эффектов. Здесь графен используется в качестве материала канала для преобразования поверхностной акустической волны (ПАВ) в акустоэлектрический ток I ae Мы покажем, что I ae , индуцированные двойными ПАВ, могут быть промодулированы путем дискретизации радиочастотных сигналов. В связи с этим графеновый акустоэлектрический преобразователь (ГАЭТ) может функционировать как логический переключатель. Производительность переключения демонстрируется успешной генерацией и обнаружением цифрового текста, передаваемого I ae , с частотой переключения до нескольких десятков кГц.

Поверхностная акустическая волна представляет собой акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрических материалов, с амплитудой смещения, экспоненциально затухающей в материале, так что она примерно ограничена одной длиной волны под поверхностью 10 . ПАВ может быть вызвана распределенными гребенчатыми металлическими структурами, такими как встречно-штыревые преобразователи (ВШП), нанесенными на поверхность пьезоэлектрической подложки. За счет пьезоэлектрического эффекта входной ВЧ-сигнал на передающем ВШП стимулирует ПАВ. Для типичного устройства на ПАВ используется второй IDT, служащий в качестве блока обработки сигналов и преобразователя для обратного преобразования акустических волн в радиочастотный сигнал. В настоящее время устройства на ПАВ широко используются в различных методах обработки радиочастотных сигналов для телекоммуникаций и датчиков 11 , 12 .

На распространение ПАВ чувствительно влияют локальные изменения вмещающей среды, вызывающие вариации скорости ПАВ v с и коэффициента затухания ПАВ Γ. Например, ПАВ могут взаимодействовать с двумерным электронным газом (2DEG), расположенным поблизости, и соответствующие изменения как в v s , так и в Γ использовались для исследования различных электронных состояний 2DEG 13 . 16 .Кроме того, взаимодействие между ПАВ и носителями заряда 2DEG также может индуцировать макроскопический постоянный ток, акустический ток I ae , известный как акустоэлектрический эффект.

Акустоэлектрические свойства графена широко изучались 17 25 . Благодаря линейной дисперсии энергии и бесщелевой природе графена электроны в графене могут поглощать звуковые волны в широком диапазоне частот 26 и теоретически Γ поразительно уменьшается при настройке уровня Ферми E F через нейтральную точку заряда (CNP) 17 , 20 .Однако графен не обладает пьезоэлектричеством из-за своей центрально-симметричной структуры решетки, в отличие от GaAs-2DEG. Основные препятствия в изучении и использовании акустоэлектрических эффектов графена заключаются в том, как генерировать ПАВ и поддерживать его распространение под контролем E F . Ранние эксперименты показывают, что SAW графена можно возбудить, поместив графен либо на подложку с высоким пьезоэлектричеством, либо в тесном контакте с ней, например LiNbO 3 подложка 18 .Включая ион жидкие ворота и ID, E 9099 F F графена могут быть настроены через CNP, а I 9094 AE AE Экспонаты Амбаполярный эффект – знак I AE реверс, связанный со сменой носителей заряда с n-типа на p-тип 22 , 23 . Кроме того, Γ грейфена чрезвычайно мала, примерно от ~0,4 до 6,8  м −1 в зависимости от концентрации носителей n с , что на три порядка меньше, чем у систем GaAs 2DEG 23 .Эти удивительные свойства делают графен идеальным материалом для различных акустоэлектрических устройств, начиная от акустических пинцетов, переключателей ответвлений, устройств с флип-чипом и т. д.

Теоретическая модель для описания акустодинамических эффектов в полупроводниках была разработана Г. Вайнрайхом 30 . Акустический ток при измерении с замкнутой цепью (или напряжение при измерении с разомкнутой цепью) индуцируется потерей волновой энергии, связанной с пропорциональной потерей импульса ПАВ, что аналогично силе, действующей на поглотитель (носители заряда графена в этом исследовании).Для двумерной системы можно считать, что плотность акустического тока j ae пропорциональна Γ с коэффициентом Λ и течет вдоль направления распространения ПАВ :

здесь i (= x или y ) — пространственный индекс, Ix(y)(=Ix(y)0exp(−Γx(y)) — интенсивность ПАВ, распространяющейся вдоль x ( y )-направление Известно, что Λ можно описать как 16

, где σ — проводимость графена на постоянном токе.Мы предполагаем, что и Γ, и Λ пространственно однородны, поскольку графен является изотропным материалом. Заметим, что может возникнуть необходимость рассматривать Г и Л в тензорной форме, когда ПАВ распространяется на анизотропной подложке или носители находятся в присутствии внешнего магнитного поля 15 , 16 , 31 .

Из-за амбиполярного эффекта графена jiae через графен в режимах, богатых электронами и дырками, течет в противоположном направлении и исчезает в области нейтрального заряда из-за компенсации 22 , 23 .Следовательно, можно определить истинное состояние нулевого тока или состояние «выключено» в CNP, хотя канал не полностью закрыт. С другой стороны, при определении состояния включения/выключения вне CNP в нашем более раннем исследовании 23 сообщалось о справедливом соотношении включения/выключения ~20. В принципе, если состояние выключения установлено точно на CNP, можно получить гораздо более высокое отношение (>10 7 ). Существуют конкурентные преимущества использования GAET для логических устройств. Для коммерческих ПАВ-фильтров, используемых в ВЧ-интерфейсе, устройство требует достаточной долговечности при высокой мощности.В целом устройство на ПАВ может выдерживать уровни мощности ≥30 дБм, что достаточно для генерации I ae с приличным отношением сигнал/шум. Кроме того, не требуется источник питания покоя, поскольку GAET активируется энергией входных РЧ-сигналов, принимаемых приемопередатчиком IDT. Тем не менее, если использовать GAET, как GFET, когда РЧ-сигнал отправляется через электрод затвора 3 , 4 , скорость модуляции GAET будет слишком низкой для практических приложений 23 .В основном это связано с тем, что в настоящей конструкции GAET 22 , 23 для электрода затвора используется ионная жидкость. Обратите внимание, что электрод затвора, изготовленный из проводящих материалов, будет сильно гасить распространение ПАВ. Это ключевое узкое место для использования GAET для логических устройств.

Конструктивная концепция и сведения об устройстве

Наша дизайнерская концепция проиллюстрирована на рис. . Два ВШП, обозначенные как ВШТ1 и ВШТ2, используются на пьезоэлектрической подложке LiNbO 3 в почти ортогональном расположении.Каждый IDT состоит из двух наборов чередующихся пальцев, а плотность акустического тока, индуцированного IDT1 и IDT2, обозначена как j IDT 1 и j IDT 2 соответственно. Два токоизмерительных провода располагаются вдоль положительного направления x (см. рис. ), и измеренный акустический ток I ae определяется векторной суммой j+xIDT1 и j-xIDT2. Отрицательная x -компонента j IDT 2 может быть вызвана преднамеренной регулировкой ориентации IDT или просто несовершенством устройства.Таким образом, мы можем манипулировать потоком I ae , контролируя мощность ВЧ, отдельно подаваемую на IDT1 и IDT2. В результате измеренная величина I ae может быть положительной, отрицательной или даже нулевой. Наш подход можно рассматривать как применение акустического метода активного смешивания, который широко использовался в исследованиях микрожидкостных каналов с I ae , действующими как акустический поток пробы жидкости 32 .Чтобы сделать аналогом метод работы обычного полевого транзистора (FET), IDT1 функционирует как контакт источника для подачи тока канала, а IDT2 служит электродом затвора для включения / выключения устройства. Ниже мы продемонстрируем, что путем оцифровки ВЧ-сигнала, подаваемого на IDT2 или IDT1, GAET может работать как логический переключатель.

Схема концепции дизайна графенового акустоэлектрического преобразователя (ГАЭТ). ( a ) Акустоэлектрический ток j+xIDT1 в графене генерируется IDT1 и измеряется в положительном направлении x .( b ) И IDT1, и IDT2 активируются двумя разными радиочастотными сигналами. Измеренный акустоэлектрический ток представляет собой сумму j+xIDT1 и j−xIDT2. Здесь мы считаем, что графен находится в режиме, богатом дырками, и его уровень Ферми настроен в сторону от нейтральной точки заряда (CNP).

На рисунке показана принципиальная схема исследуемого ГАЭТ. Устройство состоит из двух пар ВШП, обозначенных как ВШТ1-ВШТ4, на подложке LiNbO 3 , графен, четырех электродов на графене, помеченных как выводы 1-4, и микрошарика ион-геля, нанесенного на графен . 33 , электрод затвора из полимерного электролита для подачи напряжения на затвор В г ​​ .Два набора противоположных ITD, IDT1-IDT3 и IDT2-IDT4, разделены расстоянием L T  = 1,4 мм и подкреплены металлическими полосами для гашения отраженных волн. В этом исследовании мы используем только IDT1 и IDT2 и проводим их аналоги IDT3 и IDT4 в качестве пассивного приемника для проверки свойств ПАВ. Каждый IDT состоит из двух наборов чередующихся пальцев с N IDT  = 25 пар пальцев, состоящих из 5  мкм электродов шириной м с 8/70 нм Cr/Au. Акустическая апертура Вт T  ~ 600  мкм м, перекрытие между электродами, выровнена между двумя противоположными ВШП вдоль направления [011] z-среза монокристаллической подложки LiNbO 3 . Оптическая микрофотография устройства представлена ​​на рис. . Длина волны пилы Λ 9099 SAW , определяемая с помощью шага электрода IDT, составляет 20 μ м и скорость пилы м и скорость пилы V S составляет приблизительно 3795 м / с .Центральная резонансная частота f  =  v s / λ SAW оценивается в 190 МГц. На рисунке показан коэффициент пропускания S 21 в зависимости от частоты, измеренной анализатором цепей (RS ZVA24). Он имеет пик примерно на центральной частоте f c  = 191 и 187 МГц для IDT1 → IDT3 и IDT2 → IDT4 соответственно, что вполне согласуется с рассчитанным значением.

Схема устройства, характеристики и оптическая микрофотография. ( a ) Принципиальная схема изучаемого ГАЭТ. ( b ) Характеристики передачи ПАВ, снятые с ВШП1/ВШП2 для запуска ПАВ и ВШП3/ВШП4 для обнаружения ПАВ. Он имеет пик примерно на частотах 191 и 187 МГц соответственно. Здесь входная ВЧ-мощность составляет −10 дБм. ( c ) Сопротивление графена Ом в зависимости от напряжения затвора В г ​​ нанесенного на электрод затвора с ионной жидкостью.Сопротивление имеет максимум в нейтральной точке заряда (CNP), где В г ​​  = −0,549 В(≡ В CNP ). ( d ) Оптическая микрофотография ИДТ. Каждый ВШП имеет 25 пар пальцев, образованных электродами шириной 5  мкм и шириной м. Длина перекрывающегося электрода составляет 600  мкм м. ( e ) Форма графена и рисунок электродов для графеновых контактов. Графен имеет прямоугольную форму с длиной 600  мкм мкм и шириной 400  мкм мкм (рамка с черной пунктирной линией).Более длинные электроды изготавливаются длиной 450  мкм м, а более короткие – длиной 250  мкм м. Все электроды выполнены шириной 20  мкм мкм.

Графен получают химическим осаждением из паровой фазы. Мы отсылаем читателей к нашим предыдущим публикациям для получения подробной информации о выращивании графена, характеристике и процедурах переноса 35 37 . Графен осторожно расположен между двумя ID, а также с учетом прямоугольной формы длины л г ​​ 9094 м и шириной μ 9 и шириной W 9094 г ​​ 9094 = 400 μ м.Необходимо соблюдать осторожность, чтобы остатки графена не закорачивали Au-электроды ВШП. Четыре электрода, нанесенные вдоль боковой границы графена, используются для измерения сопротивления и акустоэлектрического тока. Они изготовлены из двухслойного Au/Cr толщиной 8/70 нм и шириной 20  мкм м, из которых длина 450  мкм м для выводов 1 и 4 и длина 250  мкм м для выводов. 2 и 3 (см. рис. ). Наконец, на поверхность графена капают микрогранулы твердого полимерного электролита, полиэтиленоксида (ПЭО) и LiClO 4 33 , размер которых немного превышает площадь графена.Обратите внимание, что геометрия электродов разработана таким образом, чтобы свести к минимуму демпфирующее воздействие на ПАВ из-за проникновения в металлические электроды, а I ae можно максимально собрать . На рисунке показана репрезентативное сопротивление R (= v 9093 I 9099 / i 13 ) графена как функция V г ​​ , где V 24 – измеренное напряжение через отведения 2 и 4, а I 13 — это ток, проходящий через отведения с 1 по 3. R против R V 9099 G г ​​ 9093 Мы измерили пять устройств с одинаковыми структурами и получили согласованные результаты. Данные, представленные ниже, в основном получены с одного из устройств.

Результаты и обсуждение

Акустоэлектрические характеристики исследуемых устройств при комнатной температуре представлены на рис.. На рисунке показана экспериментальная установка измерения I ae . Здесь мы используем IDT1 и IDT2 для генерации SAW и используем выводы 4 и 1 для определения I ae , в то время как остальные IDT и электроды остаются неактивными и открытыми. Мы модулируем радиочастотный сигнал на частоте 10 кГц и используем стандартную технику блокировки для измерения I ae . Обратите внимание, что направление распространения I ae , измеренное по отведениям 4 и 1, совпадает с направлением распространения ПАВ, индуцированных IDT1. Рисунок показывает I AE AE как функция смещения напряжения V G с различными полномочиями RF P IDT 1 , применяемый на IDT1 на центральной частоте 191 МГц, при сохранении IDT2 неактивен. При нынешнем расположении токоподводов, показанном на рис. , измеренное значение I ae является положительным, отрицательным или нулевым, поскольку графен смещен в режиме, богатом дырками, в режиме, богатом электронами, или при В. г ​​  ~  В CNP .Зависимость смещения затвора I ae демонстрирует уникальное дисперсионное соотношение Дирака графена 22 , 23 . Заметим, что отношение включения/выключения от I ae до 10 7 может быть достигнуто, например, если определить состояние включения при V g   9 CNP 9093 = 0,5 В 9 9099 = 0,5 В 9999 г ​​ 3 г = V 9094 CNP для P IDT 1 = 10 дБм. Извлеченная из рис. , измеренная акустоэлектрическая сила тока как функция интенсивности ПАВ представлена ​​на рис. . В пределах приложенной ВЧ-мощности до 10 дБм акустоэлектрический ток линейно пропорционален интенсивности ПАВ 18 , как показано в уравнении. ( 1 ).

Акустоэлектрические характеристики прибора. ( a ) Схематическое изображение измерительной установки I ae . ( B ) Клицентское исполнение акустоэлектрического тока I AE в зависимости от V G 9993 G на разных RF-мощности P IDT 1 , примененных на ITD1 в 191 году МГц.Обратите внимание, что IDT2 остается неактивным. Большинство носителей меняются с p-на n-тип, когда уровень Ферми настраивается через CNP, что вызывает изменение знака I ae . ( c ) I ae по сравнению с V g трассы с различными P IDT 9 Здесь P IDT 1 поддерживается на уровне −10 дБм, а оба IDT работают на частоте 191 МГц. Когда P IDT 2 увеличивается более чем на 2 dBm, полярность измеряемых I ae изменяется. . Данные извлекаются из ( b ).

Чтобы представить производительность устройства в режиме работы с двумя ПАВ, мы совместно активируем IDT1 и IDT2 на частоте 190 МГц.Сначала запускаем ПАВ по IDT1 с фиксированным P IDT 1  ~ −10 дБм, чтобы вызвать устойчивый положительный I ae на графене, богатом входная ВЧ-мощность P IDT 2 на IDT2 в диапазоне от −10 дБм до 10 дБм. На рисунке показана зависимость I ae от приложенного смещения V g с различными P IDT 0,Установлено, что значение I ae уменьшается/увеличивается с увеличением P IDT 2 в режиме обогащения дырками/электронами. As P IDT 2  > 2 дБм, I ae почти уменьшается. В то время как P IDT 2 увеличивается дальше, I ae заметно меняет знак, и его величина увеличивается с P IDT 3 3.Эволюция I 9099 9 AE 9099 9 P 9094 9 IDT 1 и P IDT 2 несовместимо с потоком смешивания J Сценарий AE Инжир. . Тем не менее, экспериментальные данные показывают, что работа с двумя ПАВ может контролировать акустоэлектрический ток, что обеспечивает альтернативный путь «выключения» I ae .

Далее мы покажем, что за счет динамического управления состоянием включения/выключения I ae GAET можно эффективно использовать как логический переключатель. На рисунке показана схема измерительной цепи для измерения отклика в реальном времени на I ae . Мы первым предвещением графен в режиме богатого отверстием на V г ​​ г V CNP CNP = 0,5 В, а затем одновременно применить постоянную P IDT 1 = -10 дБм на IDT1 и модулированный P IDT 2 на IDT2 для создания изменяющегося во времени I ae .Напряжение холостого хода В ПАВ , связанное с наведенным I а.е. и частотой дискретизации до 1 ГГц. Выходное напряжение В ПАВ , соответствующее I ae  ~ 1  мк А, составляет примерно 1  мк 9 .RF-Power P P IDT 2 IDT 99994 2 – амплитуда модулируется квадратной волной с периодом T м (= 1/ F M 9094 ы) и рабочий цикл D (=0,2). Осциллограммы подаваемого ВЧ-сигнала на ВШП2 показаны на рис. для справки. На рисунке показан снимок экрана с выходными сигналами I ae , полученными с осциллографа при различных P IDT 2 .Поскольку P IDT 2 находится в пределах активного времени импульса, I а.е. Поскольку P IDT 2 увеличивается до 6 дБм, I ae почти исчезает. Здесь GAET функционирует как логический переключатель с активным высоким уровнем, который обрабатывает информацию либо как «1», либо как «0», в зависимости от того, выключен ли переключатель – получая конечный акустоэлектрический ток I ae – или включен - I ae измеренный ноль.Мы оцениваем отношение включения/выключения I ae примерно как 10 4 на основе уровня шума включенного и выключенного состояний.

Измерение акустоэлектрического тока с временным разрешением I ae . ( a ) Принципиальная схема измерительной цепи. Графен председается в режиме, богатый отверстиями в V 9094 г ​​ г ​​ V 9094 CNP CNP = -0,5 В. ( B ) Временная зависимость амплитуды модулируется P IDT 2 с коэффициентом заполнения D (≡ t на / T m ) = 0.2, где T m (=1/ f m ) — период модуляции. ( c ) Зависимость от времени I ae с различной модуляцией P IDT 2 в диапазоне от −30 дБм до 6 дБм. Здесь оба ВШП возбуждаются на частоте 190 МГц. P 9093 P 9093 9993 IDT 1 фиксируется при ~ -10 дБм, и P IDT 2 модулируется с частотой F M = 10 кГц.

Чтобы охарактеризовать время отклика переключения I ae , заметим, что максимальная скорость переключения – ключевой параметр для ограничения частоты дискретизации в цифровой связи – определяется временем перехода I ae в ответ на модулированный радиоимпульс. Мы можем переключать I ae просто путем модуляции ВЧ-сигнала, подаваемого на один IDT. В отличие от рассмотренной выше схемы с двумя ПАВ, такую ​​операцию можно рассматривать как логический переключатель с активным низким уровнем.С точки зрения GFET, графен обеспечивает естественный двумерный проводящий канал, так что цифровое состояние включения / выключения может быть просто достигнуто путем модуляции смещения исток-сток без применения напряжения затвора, если усиление сигнала не имеет значения. С другой стороны, радиочастотный сигнал можно напрямую преобразовать в электрический сигнал в GAET. В этом отношении GAET имеет преимущество перед GFET в качестве логического переключателя. На рисунке показана принципиальная схема переключения I ae с использованием только IDT1. На рисунке показан подробный профиль формы импульса I ae , сгенерированного прямоугольной модуляцией P IDT 1 (= 17  дБм).Время включения t на устанавливается около 20  мкс с. Основываясь на пороговых уровнях амплитуды импульса 90 % и 10 %, мы определяем, что время нарастания t R и падения t F составляет примерно ~6  мкс 9 На рисунке показана эволюция I ae с разными частотами модуляции. Для сравнения, мы нормализуем I ae к его значению покоя I 0 (=1.6  мк А), а время до модулированного периода Т м . Как показано на рис., включенное состояние остается стабильным с T m до 20  мкс с, что соответствует динамической частоте переключения 50 кГц. То есть пиковое значение сигнала I ae с шириной импульса ~4  мкс с находится в пределах 90% от полной амплитуды. Время задержки распространения 90 993 t 90 994 90 329 90 993 p 90 994 90 330 — параметр для оценки эффектов джиттера — составляет около 0.6  мкс с. Находим tp~ℓ/vs, где ℓ(~1,4 мм) — расстояние между IDT1 и центром графена. Мы оцениваем скорость цифровой модуляции ~10 КБ/с для переключателя GAET.

Характеристики скорости перехода графенового акустоэлектрического переключателя. ( a ) Принципиальная схема измерения. IDT1 активируется прямоугольным ВЧ-сигналом PIDT1m, где IDT2 неактивен. ( b ) Репрезентативная форма волны I ae иллюстрирует переходную характеристику устройства.Здесь T на 9093 на установлен на 20 μ S и подъем г ​​ R R и осень T F Время найден около 6 μ S . ( c ) Временная зависимость I ae с периодом модуляции мощности 100  мкс с, 20  мкс с и 10  мкс Здесь P IDT 1 фиксируется на уровне 6 дБм, а коэффициент заполнения D  = 0.2. Серая кривая, показанная на верхней панели, представляет собой временную кривую модулированного РЧ-сигнала PIDT1m, приложенного к IDT1. Для сравнения, как переходный ответ I AE Цифровой импульс Evolves с различными T M , I AE AE нормализуется до его пикового значения I 0 =1,6  мк А), а шкала времени нормирована на Тл м .

Данные, показанные на рисунках и представляющие способ включения/выключения тока канала с помощью оцифрованной ВЧ-мощности без обращения к напряжению затвора, если графен преднамеренно легирован вдали от CNP. Жидкий вентиль не нужен для переключателя GAET. С другой стороны, мы подтвердили, что на скорость переключения не влияет ни присутствие ионной жидкости, ни прибор. Мы оцениваем емкость одного IDT C IDT  ~ 6,25 пФ и входное сопротивление схемы около 448 Ом, что дает постоянную времени RC около 2,8 нс, что намного меньше, чем у t R и t F измерено.Поэтому мы утверждаем, что внутренняя задержка RC, вероятно, связана с несоответствием импеданса. Мы предполагаем, что скорость переключения может быть немедленно увеличена за счет уменьшения ширины канала графена. Для оптимизации согласования импеданса можно использовать конические ВШП, функционирующие как трансформатор импеданса 38 40 , импеданс которых согласуется с линией передачи 50 Ом на одном конце и характеристическим импедансом адаптированного графена и выводов. на другом конце. С этой целью также необходимо охарактеризовать выходной импеданс GAET и согласовать его с импедансом линии передачи, протянутой к измерительным портам.

Динамика акустоэлектрических эффектов новых постграфеновых 2D материалов – напр. дихалькогениды переходных металлов (TMD) и черный фосфор (BP) гораздо менее изучены 41 и могут представлять интерес для будущих исследований.

Наконец, мы хотели бы сделать несколько замечаний по будущему развитию логических устройств GAET. Максимальное время отклика переключателя GAET ограничено скоростью ПАВ v с и шириной канала.Существует несколько подходов к увеличению скорости переключения. Можно попытаться изготовить устройство на подложках с относительно большим коэффициентом электромеханической связи, т.е. Подложка 42° Y-X LiTaO 3 или 64° Y-X LiTaO 3 , которые широко применяются в устройствах SAW для мобильной связи. Однако компромисс заключается в том, что более крупная волна с утечкой может дать более низкое значение I ae . В принципе, высокая скорость нарастания I ae может быть получена с помощью широкополосного устройства на ПАВ, которое может быть реализовано за счет аподизированной конструкции IDT или простого уменьшения количества пальцев в IDT. Более узкая ширина канала может дать более короткое время отклика, но, в свою очередь, уменьшает I ae или требует большего P IDT . Этот недостаток делает GAET непригодным для работы с защелкой. Что касается схемы работы, то для переключателя active-Low достаточно одного IDT. Используя коллинеарные двойные IDT, такие как IDT1 и IDT3 (или IDT2 и IDT4), можно применить более низкую и сбалансированную P IDT для переключателя Active-High.Тем не менее, следует принимать во внимание очевидную интерференцию из-за отраженных волн. Для работы с двойной ПАВ можно возбуждать две ПАВ на разных частотах. Однако это приводит к тому, что затухание ПАВ становится более выраженным на более высокой частоте. Кроме того, правильно используя четыре провода и IDT, мы можем напрямую измерить I ae , чтобы заставить GAET действовать как акустоэлектрический переключатель ответвления 28 . Мы отмечаем, что недавние исследования выявили несколько интригующих упругих свойств поверхности раздела ван-дер-ваальсовых материалов , , 42, , 44, , и могут предложить способ ускорить скорость переключения GAET за счет разработки акустоэлектрических свойств поверхности.Возможно, скорость переключения медленная (звуковые частоты) и конструкция немного сложна, мы думаем, что GAET открывает путь для разработки логического переключателя на основе графена. В этой работе мы только демонстрируем возможности GAET в качестве логического переключателя и оставляем вышеупомянутые вопросы для будущих исследований.

Заключение

В заключение приведем доступную схему работы ГАЭТ для логического переключателя с умеренной скоростью включения/выключения ~10 4 при комнатной температуре. Управляя направлением распространения I ae , измеренные значения I ae можно точно настроить на ноль — идеальное выключенное состояние для логического переключателя. Мы демонстрируем, что скорость динамического переключения I ae может достигать 50 кГц путем модуляции амплитуды входного РЧ-сигнала, подаваемого на ВШП. Путем преднамеренного управления оцифрованной ВЧ-мощностью, подаваемой на пару перекрестных ВШП или одиночный ВШП, выход I ae может быть либо активным-высоким, либо активным-низким соответственно. Скорость цифровой модуляции может достигать ~10 КБ/с. Производительность GAET подходит для обработки цифровых аудиосигналов.Несмотря на низкую скорость переключения, наша работа предоставляет средства для интеграции устройства на ПАВ и акустоэлектрических эффектов для будущей разработки логических устройств на основе графена.

Благодарности

Эта работа была поддержана Министерством науки и технологий Тайваня в рамках гранта № MOST 107-2112-M-007-003-MY3, MOST 107-2811-M-007-1052- и MOST 107-2627. -E-002-002-, а также при поддержке Центра квантовых технологий из программы Исследовательского центра избранных областей в рамках проекта Higher Education Sprout Министерства образования (MOE) Тайваня в рамках гранта №107-3017-Ф-007-001.

Вклад авторов

Чинг-Пинг Ли измерил экспериментальные данные, проанализировал их и нарисовал все рисунки. Ю-Пенг Хун изготовил приборы, измерил экспериментальные данные. Man-Ting Shen изготовил измерительный зонд. Чиу-Чун Тан разработал исследование и настроил систему измерения. Сен-Шон Ву подал идею проектирования и изготовления устройств. DC Ling, Yung-Fu Chen, Cen-Shawn Wu, Jeng-Chung Chen написали рукопись. Дженг-Чунг Чен также контролировал все порции.Все авторы рассмотрели рукопись.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Сноски

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Ссылки

1. Кастро Нето А.Х., Гвинея Ф., Перес Н.М., Новоселов К.С. и Гейм А.К. Электронные свойства графена. Ред. Мод. Физ . 81 , 109 (2009).

3. Лин Ю-М и др. Графеновая интегральная схема в масштабе пластины. науч. 2011; 332:1294. doi: 10.1126/science.1204428. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]4. Хан С-Дж., Вальдес Гарсия А., Оида С., Дженкинс К.А., Хенш В. Интегральная схема графенового радиочастотного приемника. Нац. коммун. 2014;5:3086. doi: 10.1038/ncomms4086. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]5. Петроне Н., Мерик И., Чари Т., Шепард К.Л., Хоун Дж. Графеновые полевые транзисторы для гибкой радиочастотной электроники.IEEE J. Электронные устройства Soc. 2015;3:44. doi: 10.1109/JEDS.2014.2363789. [CrossRef] [Google Scholar]

6. Картрайт Дж. Intel входит в третье измерение. Нац. Новости , 10.1038/news.2011.274 (6 мая 2011 г.).

7. Фиори Г. и др. . Nat Nano 9 , 768 (2014). [В паблике]8. Хан М.Ю., Озиилмаз Б., Чжан Ю., Ким П. Разработка энергетической ширины запрещенной зоны графеновых нанолент. физ. Преподобный Летт. 2007;98:206805. doi: 10.1103/PhysRevLett.98. 206805. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]9.Li X, Wang X, Zhang L, Lee S, Dai H. Химически полученные сверхгладкие графеновые наноленточные полупроводники. науч. 2008; 319:1229–1232. doi: 10.1126/science.1150878. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10. Campbell, C. Устройства на поверхностных акустических волнах и их приложения для обработки сигналов . (Академическая пресса, Лондон, 1989).

11. Кэмпбелл, С.К. Устройства поверхностных акустических волн для мобильной и беспроводной связи . (Академическая пресса, Inc., 1998).

13. Wixforth A, et al.Поверхностные акустические волны на gaas/al x ga 1−x в виде гетероструктур. физ. Преподобный Б. 1989; 40: 7874–7887. doi: 10.1103/PhysRevB.40.7874. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Уиллетт Р.Л. и соавт. Аномальное распространение звука при v  = 1/2 в двумерном электронном газе: обнаружение спонтанно нарушенной трансляционной симметрии? физ. Преподобный Летт. 1990; 65: 112–115. doi: 10.1103/PhysRevLett.65.112. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Эсслингер А. и др. Ультразвуковой подход к целочисленному и дробному квантовому эффекту Холла.Серф. науч. 1994; 305:83–86. doi: 10.1016/0039-6028(94)
  • -X. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Шилтон Дж. М. и соавт. Влияние пространственной дисперсии на акустоэлектрический ток в высокоподвижном двумерном электронном газе. физ. Преп. Б. 1995; 51:14770–14773. doi: 10.1103/PhysRevB.51.14770. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Талмейер П., Дора Б., Циглер К. Распространение поверхностных акустических волн в графене. физ. Ред. Б. 2010; 81:041409. doi: 10.1103/PhysRevB.81.041409. [CrossRef] [Google Scholar]

    18.Мисейкис, В., Каннингем, Дж. Э., Саид, К., О’Рорк, Р. и Дэвис, А. Г. Акустически индуцированный ток в графене. Заяв. физ. Письмо . 100 (2012).

    19. Сантос, П.В., Шуман, Т., Оливейра, М.Х., Лопес, Дж.М.Дж. и Рихерт, Х. Акустоэлектрический перенос в эпитаксиальном монослойном графене на sic. Заяв. физ. Письмо . 102 (2013).

    20. Чжан Ш., Сюй В., Бадалян С.М., Петерс Ф.М. Пьезоэлектрический поверхностный акустический фонон ограничивает подвижность электронов в графене на газовой подложке.физ. Ред. Б. 2013; 87:075443. doi: 10.1103/PhysRevB.87.075443. [CrossRef] [Google Scholar]

    21. Бандху Л., Лоутон Л. М. и Нэш Г. Р. Макроскопический акустоэлектрический перенос заряда в графене. Заяв. физ. Письмо . 103 (2013).

    22. Бандху Л., Нэш Г.Р. Управление свойствами поверхностных акустических волн с помощью графена. Нано Рез. 2015; 9: 685–691. doi: 10.1007/s12274-015-0947-z. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 23. Тан Си-Си, Чен Ю-Ф, Линг Д.С., Чи Си-Си, Чен Дж-С. Сверхнизкое акустоэлектрическое затухание в графене.Дж. Заявл. физ. 2017;121:124505. doi: 10.1063/1.4979207. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Чен Ю и др. Акустически индуцированный ток в графене преобразователями из нитрида алюминия. заявл. физ. лат. 2016;108:033107. doi: 10.1063/1.4940400. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Окуда С. и др. Графеновый датчик поверхностных акустических волн для одновременного определения заряда и массы. Датчики СКУД. 2018;3:200. doi: 10.1021/acssensors.7b00851. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Чжан С.Х., Сюй В. Поглощение поверхностных акустических волн графеном.АИП Пров. 2011;1:022146. doi: 10.1063/1.3608045. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 28. Талянский В.И., Грэм М.Р., Бире Х.Е. Акустоэлектрический Y-переключатель. заявл. физ. лат. 2006; 88:083501. doi: 10.1063/1.2176847. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 29. Лейн Дж. Р. и др. Акустоэлектрический эффект с перестраиваемым затвором в графене. Дж. Заявл. физ. 2018;124:194302. дои: 10.1063/1.5047211. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Вайнрайх Г. Акустодинамические эффекты в полупроводниках. физ. 1956; 104: 321–324. doi: 10.1103/PhysRev.104.321. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 31. Эфрос А.Л., Гальперин Ю. М. Квантование акустоэлектрического тока в двумерной электронной системе в сильном магнитном поле. физ. Преподобный Летт. 1990; 64: 1959–1962. doi: 10.1103/PhysRevLett.64.1959. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Друг J, Yeo LY. Акустофлюидика в микромасштабе: микрофлюидика, управляемая акустикой и ультразвуком. Преподобный Мод. физ. 2011; 83: 647–704. doi: 10.1103/RevModPhys.83.647. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 33. Дас А., Писана С., Чакраборти Б., Писканец С., Саха С.К., Вагмаре У.В., Новоселов К.С., Кришнамурти Х.Р., Гейм А.К., Феррари А.К., Суд А.К. Мониторинг примесей с помощью комбинационного рассеяния света в электрохимическом графеновом транзисторе с верхним затвором. Природные нанотехнологии. 2008;3(4):210–215. doi: 10.1038/nnano.2008.67. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

    34. Вонг, К. К. Свойства ниобата лития . (ИНСПЕК, 1989).

    35. Tang, C.-C., Li, M.-Y., Li, LJ, Chi, CC & Chen, JC. жидкого гелия до комнатной температуры. Заяв. физ. Письмо . 99 (2011).

    36. Тан, К.-К., Ли, М.-Ю., Ли, Л.Дж., Чи, К.С. и Чен, Дж.-К. Полевой транзистор двойного назначения на гетероструктуре графен-gaas/alxga1-xas. Заяв. физ. Письмо . 101 (2012).

    37. Li M-Y, et al. Индуцированное заряженными примесями рассеяние в графене, осажденном из газовой фазы. Дж. Заявл. физ. 2013;114:233703. doi: 10.1063/1.4852435. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 38. Уайт Т.С. и др. Параметрический усилитель бегущей волны с джозефсоновскими переходами, использующий минимальное фазовое согласование резонатора.заявл. физ. лат. 2015;106:242601. doi: 10.1063/1.48. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 39. Рой Т. и др. Широкополосное параметрическое усиление с расчетом импеданса: больше, чем произведение коэффициента усиления на полосу пропускания. заявл. физ. лат. 2015;107:262601. doi: 10.1063/1.4939148. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 40. Mosallaei H, Sarabandi K. Миниатюризация антенны и расширение полосы пропускания с использованием подложки с реактивным импедансом. Транзакции IEEE на антеннах Propag. 2004; 52: 2403–2414. doi: 10.1109/TAP.2004.834135. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 41.Чжэн С., Ву Э., Чжан Х. Аномальные акустоэлектрические токи в малослойных нанокристаллах черного фосфора. IEEE Transactions по нанотехнологиям. 2018;17:590–595. doi: 10.1109/TNANO.2018.2827666. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 42. Ге С и др. Когерентный продольный акустический фонон, приближающийся к терагерцевой частоте в многослойном дисульфиде молибдена. науч. Отчеты. 2014;4:5722. doi: 10.1038/srep05722. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]43. Бердсли Р. и соавт. Наномеханическое зондирование границы раздела слой/подложка отслоившегося вкладыша на сапфире.науч. Отчеты. 2016;6:26970. doi: 10.1038/srep26970. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]44. Гринер JDG и др. Когерентные акустические фононы в ван-дер-ваальсовых нанослоях и гетероструктурах. физ. Ред. Б. 2018; 98:075408. doi: 10.1103/PhysRevB.98.075408. [CrossRef] [Google Scholar]

    Азбука выходных разъемов

    Существует множество различных типов выходных разъемов, включая монофонические, стереофонические, TRS, бочкообразные и силовые ( Фото 1 ). В конечном счете, все они выполняют одну и ту же работу: передают сигнал с гитары на инструментальный кабель.Выходные разъемы могут со временем изнашиваться, что приводит к прерывистому сигналу — обычно в самый неподходящий момент. Вы когда-нибудь были на сцене и слышали треск или даже тишину, когда вы втыкаете гитарный кабель в гнездо? Не весело.

    Когда пришло время заменить неисправный выходной разъем, вам нужно знать несколько вещей, прежде чем запускать старый паяльник. Первый шаг — определить, какой у вас домкрат и какой будет лучшей заменой.

    Форма и функция.

    Почти каждый тип выходного гнезда, используемого как на акустических, так и на электрических гитарах, называется «джек 1/4», но в отношении редукторов мы должны быть более конкретными. Вот список наиболее распространенных типов 1/4-дюймовых разъемов. выходные разъемы:

    • Моно: Используется в большинстве акустических и электрогитар с пассивными звукоснимателями.
    • Стерео: Используется в акустических и электрогитарах со стереовыходами или в активной электронике.
    • TRS (наконечник-кольцо-втулка): Используется с активной электроникой, активными звукоснимателями или электроакустическими гитарами с двумя независимыми источниками звука (такими как преобразователь под седлом и встроенный микрофон).
    • Мощность: Обычно это стереоразъем или разъем TRS, подключенный к предусилителю.

    Каждый из них может быть найден в различных формах, включая открытый или каркасный домкрат, закрытый или панельный домкрат, бочкообразный домкрат и домкрат с фланцем. Давайте посмотрим поближе.

    Электрогитары с пассивными звукоснимателями обычно имеют открытые гнезда. Я предпочитаю марку Switchcraft, потому что они имеют прочную конструкцию.

    Когда пришло время заменить неисправный выходной разъем, вам нужно знать несколько вещей, прежде чем запускать старый паяльник.

    Импортные гитары, особенно бюджетные модели, обычно поставляются с закрытыми или панельными разъемами. Эти домкраты, часто заключенные в пластик, недороги и имеют тенденцию изнашиваться быстрее, чем хорошо сделанные открытые домкраты.

    Электроакустические гитары часто имеют цилиндрический цилиндрический домкрат, который проходит изнутри инструмента через хвостовик. Закрепленный снаружи с помощью гайки и кнопки с резьбой, этот разъем заменяет торцевой штифт гитары. Гнезда Barrel могут иметь монофоническую, стереофоническую или TRS-конфигурацию.

    Takamine акустико-электрические, а также некоторые другие акустические электрические, используют фланцевые домкраты. Они имеют встроенные концевые штифты и конструктивно напоминают бочкообразные домкраты. Они также бывают моно, стерео и TRS.

    Приложения для гитары.

    Наиболее распространенным выходным разъемом для электрогитар является монофонический разъем. У него две проушины: одна – земля, и она является частью внутренней части или корпуса домкрата. Другой наконечник является горячим или первичным проводом.Этот наконечник является частью длинного изогнутого фланца, который соединяется с наконечником инструментального кабеля.

    Стерео джек похож на моно джек, но оснащен третьим выступом и вторым (более коротким) загнутым фланцем. Последний действует как выключатель питания для активных звукоснимателей, подключая и отключая третий наконечник, когда стандартный штекер 1/4 дюйма вставляется или вынимается из стереоразъема. Например, когда черный (минусовой) провод аккумуляторной защелки припаян к третьему выступу, вставив штекер 1/4 дюйма в гнездо, подключите аккумулятор, подключив отрицательный провод аккумулятора к земле и замкнув цепь.

    Гнездо TRS работает как стереогнездо с добавлением четвертого выступа и третьего фланца, которые позволяют добавить второй источник звукоснимателя. Используя стереокабель и штекер TRS, вы можете независимо управлять этими двумя источниками. Это полезно, когда вы хотите отправить каждый сигнал на свой собственный предусилитель, директ-бокс или усилитель.

    Гнездо TRS обычно используется в акустической гитаре со звукоснимателем под порожком, а также встроенным микрофоном или датчиком тела. Для электрогитар разъем TRS отлично подходит для использования магнитных звукоснимателей в сочетании с бриджем, оснащенным седлами пьезодатчиков, такими как L.Р. Бэггс Х-мост.

    Разъемы питания

    подключаются непосредственно к предусилителю и могут иметь конфигурацию стерео или TRS, а некоторые предусилители размещаются внутри бочкообразного разъема. Силовые разъемы встречаются во многих различных системах, включая L.R. Активный элемент Бэггса, матрица Фишмана и Тейлор ES1 и ES2. Поскольку большинство разъемов питания припаяны к печатной плате, их трудно заменить, не повредив электронику. Если разъем питания выходит из строя, лучший вариант — заменить весь блок.

    Как мне подключить эту штуку?

    Фото 2

    За исключением разъема питания, все это легко подключить, если вы потратите время на их схему. Все они будут иметь заземление и первичный вывод, но отличаются по другим параметрам. Вот разбивка этих деталей:

    • Моно-гнездо: Наконечник заземления прикреплен к корпусу, а наконечник первичного провода соединяется с изогнутым фланцем ( Фото 2 ).

    Фото 3

    • Стереоразъем: Наконечник заземления крепится к корпусу; первичный вывод — это короткий наконечник, который соединяется с более длинным изогнутым фланцем, а длинный наконечник — это переключатель питания/батареи, который соединяется с коротким изогнутым фланцем. На фото 3 показана проводка стереоразъема.

    Фото 4

    и . Фото 4. — стереофонический разъем.

    Фото 5

    • Гнездо TRS: Наконечник заземления крепится к корпусу.Первичный вывод представляет собой короткий наконечник, соединенный с изогнутым фланцем, а наконечник средней мощности/батареи соединяется с коротким изогнутым фланцем. Самый длинный наконечник соединяет вторичный датчик с изолированным выходом ( Фото 5 ).

    Ладно, понял? Отлично — когда-нибудь будет испытание… и ты будешь готов.

    [ Обновлено 09.09.21 ]

    Из статей вашего сайта

    Связанные статьи в Интернете

    LS10 – L-Acoustics

    Имя *

    Фамилия *

    E-mail *

    Телефон *

    Страна * Страна * AfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBolivia (многонациональное государство) Босния и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCabo VerdeCambodiaCameroonCanadaCayman IslandsCentral Африканский RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo (Демократическая Республика) Кук IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicCôte d’IvoireDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEswatini (Королевство) EthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGa bonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard остров и McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIreland (Республика) Остров ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (Корейская Народно-Демократическая Республика) Корея (Республика) KosovoKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia (Федеративные Штаты) Молдова (Республика) MonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk ОстровСеверная Македония (Республика)Северные Марианские островаНорвегияОманПакистанПалауПалестина (штат)ПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарагвайПеруФилиппиныПиткэрнПольшаПортугалияПуэрто-РикоКатарРумынияРоссийская Федерация tionRwandaRéunionSaint BarthélemySaint Елены, Вознесения и Тристан-да CunhaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint Мартин (французская часть) Сен-Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Маартен (Голландская часть) SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwedenSwitzerlandSyrian Арабские RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania (Объединенная Республика) ThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited Королевство Великобритании и Северной IrelandUnited Внешние Малые IslandsUnited Штаты AmericaUruguayUzbekistanVanuatuVatican города StateVenezuela (Боливарианской Республики) VietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (У. S.)Wallis and FutunaWestern SaharaYemenZambiaZimbabweÅland Islands

    Вопрос *У меня есть вопрос о*SalesEducationCustomer ServiceApplicationPress & MediaCareersOther

    Message* *

    Newsletter
    • Подпишитесь на нашу рассылку
    ScienceDaily

    Топологические материалы перемещают электроны по своей поверхности и краям без каких-либо потерь, что делает их многообещающими материалами для высокоэффективной электроники без диссипации.Исследователи особенно заинтересованы в использовании этих материалов в качестве транзисторов, основы всей современной электроники. Но есть проблема: транзисторы включают и выключают электронный ток, но трудно отключить поток электронов без диссипации в топологических материалах.

    Исследователи из Гарвардского университета разработали и смоделировали первые топологические акустические транзисторы — со звуковыми волнами вместо электронов — и предложили архитектуру соединения для формирования универсального логического элемента, который может включать и выключать поток звука.

    «С момента появления топологических материалов примерно в 2007 году возник большой интерес к разработке топологического электронного транзистора», — сказала Дженни Хоффман, профессор естественных наук Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS). ) и физический факультет. «Хотя материалы, которые мы использовали, не дадут электронного топологического транзистора, наш общий процесс проектирования применим как к квантовым материалам, так и к фотонным кристаллам, что вселяет надежду на то, что электронные и оптические эквиваленты не будут сильно отставать.”

    Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

    Используя акустические топологические изоляторы, исследователи смогли обойти сложную квантовую механику электронных топологических изоляторов.

    «Уравнения для звуковых волн точно решаемы, что позволило нам численно найти правильную комбинацию материалов для проектирования топологического акустического волновода, который включается при нагревании и выключается при охлаждении», — сказал Харрис Пири, бывший аспирант в кафедры физики и первый автор статьи.

    Пири в настоящее время является научным сотрудником Оксфордского университета, получившим степень доктора Марии Кюри.

    Исследователи использовали сотовую решетку из стальных столбов, прикрепленных к пластине с высоким тепловым расширением, запечатанных в воздухонепроницаемой коробке. Решетка имеет столбики чуть большего размера на одной половине и столбики чуть меньшего размера на другой половине. Эти различия в размерах и расстоянии между столбами определяют топологию решетки, могут ли звуковые волны распространяться по назначенному каналу или нет.Затем исследователи разработали второе устройство, которое преобразует ультразвук в тепло.

    Тепло расширяет столбчатую решетку и изменяет топологию волновода. Вместе эти два устройства позволяют выходу одного волновода управлять состоянием следующего, так же как электроны, протекающие в обычном транзисторе, могут переключать другие транзисторы.

    Эти акустические топологические переключатели являются масштабируемыми, что означает, что та же конструкция, которая используется с ультразвуковыми частотами в сантиметровом масштабе, может также работать с субмиллиметровыми размерами и частотами, обычно используемыми для передачи поверхностных акустических волн, что может помочь преодолеть ограничения в интегрированных фононных схемах.

    «Управление топологически защищенным акустическим транспортом имеет применение в ряде важных областей, включая эффективное подавление акустического шума, одностороннее распространение звука, ультразвуковую визуализацию, эхолокацию, акустическую маскировку и акустическую связь», — сказал Пири.

    Эти акустические метаматериалы также можно использовать в качестве учебного пособия.

    «В отличие от квантово-механических систем, акустические метаматериалы просты, осязаемы и интуитивно понятны. Они служат доступной отправной точкой для изучения передовых тем физики конденсированных сред, включая топологические изоляторы», — сказал Хоффман.

    Команда планирует устроить публичную демонстрацию этих устройств, которые студенты или посетители музеев смогут трогать, переключать и слышать.

    Исследование было проведено в соавторстве со студентами Гарвардского университета Шувом Садхукой и Раду Андреем, а также с аспиранткой Массачусетского технологического института Дженнифер Ванг.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.