Mathematical simulation of a microelectronic transducer with frequency output for measuring the induction of the magnetic field

• Autorzy: Osadchuk Alexander. V. , Osadchuk Iaroslav A. , Martyniuk Volodymyr V. , Krylik Lyudmila. V. , Evseeva Maria V.

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2921

Warianty tytułu

PL

Symulacja matematyczna przetwornika mikroelektronicznego z wyjściem częstotliwościowym do pomiaru indukcji pola magnetycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new magnetically sensitive element based on the synthesized semiconductor material has been developed. A method for the synthesis of a complex compound has been developed tetrakis-μ3-(methoxo) (methanol)-pentakis (acetylacetonate) (tricuprum (II), neodymium (III)) methanol (I). Conducted properties have been studied complex compound in compressed form in the temperature range 273 - 493 K. In the developed magnetoresistor when changing the induction of the magnetic field from 10-3 to 200 mT, the resistivity varies from 3.12∙10-5 Ohm to 1.25∙10-2 Ohm∙m. On the basis of the developed magnetically sensitive resistive element the circuit solution of the frequency transducer of a magnetic field is offered. The frequency transducer of the magnetic field is a hybrid integrated circuit consisting of a bipolar transistor and a gate transistor. The frequency of generation of the developed transducer increases the most in the range from 10-3 T to 0.2 T, and at a supply voltage of 5.0 V varies from 250 kHz to 600 kHz, and in the whole range of changes in magnetic field induction varies from 250 kHz to 750 kHz. The sensitivity of the developed device with frequency output for measuring the induction of the magnetic field is from 400 Hz/mT to 800 Hz/mT.

PL

Opracowano nowy element czuły magnetycznie oparty na zsyntetyzowanym materiale półprzewodnikowym. Opracowano metodę syntezy związku złożonego tetrakis-μ3-(methoxo)(metanol)-pentakis(acetyloacetonian)(tricuprum (II), neodym (III)) metanol (I). Badano właściwości przewodzące związku złożonego w postaci sprasowanej, w zakresie temperatur 273–493 K. W opracowanym magnetooporniku przy zmianie indukcji pola magnetycznego od 10-3 do 200 mT rezystywność zmienia się od 3,12∙10-5 Ohm do 1,25∙10-2 Ohm∙m. Na podstawie opracowanego magnetycznie czułego elementu rezystancyjnego zaproponowano rozwiązanie układu przetwornika pola magnetycznego na częstotliwość. Przetwornik ten jest hybrydowym układem scalonym składającym się z tranzystora bipolarnego i tranzystora bramkowego. Częstotliwość generacji opracowanego przetwornika wzrasta najbardziej w zakresie od 10-3 T do 0,2 T i przy napięciu zasilania 5,0 V zmienia się od 250 kHz do 600 kHz, zaś w całym zakresie zmian indukcji pola magnetycznego zmienia się od 250 kHz do 750 kHz. Czułość opracowanego urządzenia z wyjściem częstotliwościowym do pomiaru indukcji pola magnetycznego wynosi od 400 Hz/mT do 800 Hz/mT.

Słowa kluczowe

EN

microelectronic transducer; complex compound; magnetic field; conductivity; generation frequency; negative differential resistance

PL

przetwornik mikroelektroniczny; związek złożony; pole magnetyczne; przewodność; częstotliwość generacji; ujemna rezystancja różnicowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 12, nr 2
• Strony: 43--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Osadchuk Alexander. V.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-6662-9141

autor

Osadchuk Iaroslav A.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-5472-0797

autor

Martyniuk Volodymyr V.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-5401-3980

autor

Krylik Lyudmila. V.

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-6642-754X

autor

Evseeva Maria V.

• National Pirogov Memorial Medical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-4570-2845

Bibliografia

• [1] Azcona C. et al.: A frequency-output temperature sensor with supply voltage insensitivity for battery operated systems. 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 2015, 3330–3335.
• [2] Escobar L. B. et al.: Synthesis, Crystal Structures, and EPR Studies of First Mn Ln Hetero -binuclear Complexes. Inorganic Chemistry 57(1), 2018, 326–334.
• [3] Gotra Z. Yu.: Microelectronic sensors of physical quantities. Volume 2. Liga-Press, Lviv 2003.
• [4] https://www.analog.com/ru/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
• [5] Jackson R. G. The latest sensors. Technosphere, Moscow 2007.
• [6] Krisyuk V. V. et al.: Structure and thermal properties of heterometallic complexes for gas-phase deposition of SU-PD films. Journal of Structural Chemistry 8, 2017, 1573–1580.
• [7] Krisyuk V.V. et al.: Volatile Pd – Pb and Cu – Pb heterometallic complexes: structure, properties, and trans-to-cis isomerization under cocrystallization of Pd and Cu β-diketonates with Pb hexafluoroacetylacetonate. Journal of Coordination Chemistry 68(11), 2015, 1890–1902.
• [8] Layfield R. A.: Organometallic Single-Molecule Magnets. Organometallics 33, 2014, 1084−1099.
• [9] Osadchuk A. V. et al.: Radiomeasuring pressure transducer with sensitive MEMS Capacitor. Przegląd Elektrotechniczny 93(3), 2017, 113–116. [10] Osadchuk A. V. et al.: Research on a magnetic field sensor with a frequency output signal based on a tunnel-resonance diode. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 4, 2020, 51–56.
• [11] Osadchuk A. V. et al.: Theory of photoreactive effect in bipolar and MOSFET transistors. Proceedings SPIE 11176, 2019, 111761I.
• [12] Osadchuk O. V. et al.: Investigation of the effect of temperature on the physical parameters of the semiconductor мето-methoxo (copper (II), bismuth (III)) acetylacetonate. Bulletin of Vinnytsia Polytechnic Institute 4(145), 2019, 80–86.
• [13] Osadchuk O. V. et al.: Magnetically sensitive sensor based on heterometallic complex compound. Bulletin of the Khmelnytsky National University 3, 2019, 97–101.
• [14] Osadchuk O. V. et al.: Physical parameters of the synthesized complex compound of cobalt (II) with N, N′-Bis (salicylidene) semicarbazide. Physics and Chemistry of Solid State, 21(4), 2020, 749–755. [15] Osadchuk V. S. et al.: Microelectronic frequency transducers of magnetic field with Hall elements. Proceedings of SPIE 10808, 2018, 108086P.
• [16] Osadchuk V. S. et al.: Reactive properties of transistors and transistor circuits. Universum-Vinnytsia, Vinnytsia 1999.
• [17] Osadchuk V. S. et al.: The Pontial of Modern Science. Chapters. Microelectronic frequency transducers of the magnetic field based on semiconductor structures with negative differential resistance. Volume 3. Published by Science Publishing. Wenlock Road, London 2019, 212–237.
• [18] Samus N. M. et al.: Heteronuclear μ-methoxo (copper, yttrium or lanthanide) acetylacetonate. Journal of General Chemistry 62(3), 1992, 510–515.
• [19] Shabanova I. V. et al.: Heteronuclear complex compounds of iron (III) and neodymium (III) with hydroxy acids as starting materials for the synthesis of nanomaterials. Ecological Bulletin of the BSEC Scientific Centers 3, 2004, 91–94.
• [20] Sharapov V. M., Polishchuk Е. С.: Sensors: Reference manual. Technosphere, Moscow 2012.
• [21] Slyusarchuk L. I. et al.: Synthesis of complex oxides from heteronuclear β-diketonate complexes of 3d-4f-metals. Abstracts of the XX Ukrainian Conference on Inorganic Chemistry. Dnipro 2018.
• [22] Thurston J. H. et al.: Toward a General Strategy for the Synthesis of Heterobimetallic Coordination Complexes for Use as Precursors to Metal Oxide Materials: Synthesis, Characterization, and Thermal Decomposition of Bi2(Hsal)6·M(Acac)3 (M = Al, Co, V, Fe, Cr). Inorg. Chem. 43(10), 2004, 3299–3505.
• [23] Volodin V. Ya.: LTspice: computer simulation of electronic circuits. BHV-Petersburg, St. Petersburg 2010. [24] Zolotareva N. V., Semenov V. V.: Diketonates and their derivatives in sol-gel processes. Uspekhi khimii 80(10), 2013, 964–987.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).