CC BY
20
УДК 621.318.7
Ю. Н. БОНДАРБНКО, ст. науч. сотр., В. С. СКРЫНСКИИ, канд. техн. наук
Пироэлектрический преобразователь (ПЭП) применяется преимущественно для измерения энергии и детектирования ИК-излучения [1]. Нами ПЭП рассматривается как инерционный элемент электрической цепи. Электрическая схема приведена на рис. 1.
По принципу построения ПЭП представляет собой электротепловой преобразователь электрических сигналов на основе пироэлектриков. Использование пироэлектрических материалов позволяет совместить функции тракта передачи теплового сигнала и термопреобразователя «тепловой сигнал — электрический сигнал». Структура ПЭП представлена на рис. 2. Превращение электрической энергии в тепловую осуществляется в тонкой металлической пленке, используемой как нагревательный элемент.
При рабочих температурах пироэлектрика значительно ниже точки Кюри с достаточной степенью точности можно предположить, что коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, пироэлектрический коэффициент постоянны. Если рассматривать ПЭП как систему с сосредоточенными тепловыми и электрическими параметрами, то передаточная функция для линейного режима работы имеет вид [1]
где тт, тэ — тепловая и электрическая постоянные; А — коэффициент, зависящий от теплофизических параметров ПЭП.
Исходя из известных коэффициентов передачи и входного и выходного сопротивления ПЭП, определим матрицу параметроэ холостого хода
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
С (р) = (Л/*т)/[( 1 + ртт)(1 + /ГГэ)],
(1)
Я,
О
УА__Я
(1+ртт(1+ртэ) 1 +рт.
э
Одним из обязательных условий физической реализации цепей на основе рассматриваемых элементов является их устойчивость. Собственные комплексные частоты, представляющие корни характеристических уравнений- матрицы (2) равны р = =—1/тэ и р ——1/тт. Очевидно, что рассматриваемый элемент обладает безусловной устойчивостью, так как имеет лишь отрицательные вещественные корни.
Рис. 1. Электрическая схема пироэлектрического преобразователя
Рис. 2. Структура пироэлектрического преобразователя:
1 — резистивный слой; 2 — диэлектрик; 3, 5 — проводящий слой; 4 — пироэлектрик
Активность (пассивность) удобно рассматривать по свойствам эрмитовой части матрицы (2) [2]
1,=
Яп
ЯпАр*
2(1+р*тт)(1+р*т,) 1 . 1
Я
(3)
2(1+ртт)(1+ргэ) 1 1 + р*т,
Для матрицы, описывающей- пассивный элемент, эрмитова форма (3) должна быть положительно полуопределенной; для этого необходимо и достаточно, чтобы каждый из определителей гц и с!е1:[2э] был положителен.
Первый определитель всегда положителен и равен Второй определитель (Я„Я)/(| 1 + ртэ |2) - {ДаАг | ртт |2)/(411 + рхт |211 + + тгтэ |2) будет больше нуля, если р — /со,
4/?>/?п (Л2со2т*)/(1 + мЧ|).
Важным свойством элемента, определяющим его возможности как элемента электронных цепей, является свойство обратимости либо необратимости. Так как известна матрица параметров холостого хода ПЭП, то достаточно удобным критерием, в данном случае необратимости, является неравенство г^Ф^-
Таким образом, рассмотренный ПЭП представляет собой устойчивое инерционное звено с двумя отрицательными вещественными Положительными полюсами функции передачи, обладающее однонаправленностью и I ^можной активностью.
Список литературы: 1. Кременчугский Л. С. Сегнетоэлектрические приемники излучения. Киев, Наукова думка, 1971. 234 с. 2. Основы анализа и синтеза электронных цепей. Под ред. П. А. Ионкина. М., Высшая школа, 1972. 634 с.
6*
83
J. N. Bondarenko. V. S. Skrynsky
PYR0ELECTR1C CONVERTOR AS LINEAR ELEMENT OF ELECTRICAL CHAIN
Linear model of pyroelectric converter expressed as matrix of idle motion is under investigation. Basic characteristic of pyroelectrix converter which determine his scheme-technical such as stability, activity reversing are analysed.
