Research on a magnetic field sensor with a frequency output signal based on a tunnel-resonance diode

• Autorzy: Osadchuk Alexander. V. , Osadchuk Vladimir. S. , Osadchuk Iaroslav A.

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2357

Warianty tytułu

PL

Badania magnetycznego czujnika pola z sygnałem wyjściowym częstotliwościowym w oparciu o diodę tunelowo-rezonansową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based on the consideration of physical processes in a tunnel-resonant diode under the action of a magnetic field, the construction of an autogenerating magnetic field sensor with a frequency output signalis proposed. The use of devices with negative differential resistance makes it possible to significantly simplify the design of magnetic field sensors in the entire RF frequency range. Depending on the operating modes of the sensor, anoutput signal can be obtained in the form of harmonic oscillations, as well as in the form of pulse oscillations of a special form.The study of the characteristics of the magnetic field sensor is based on the complete equivalent circuit of the tunnel-resonant diode.Theequivalent circuit takes into account both the capacitive and inductive properties of the tunneling resonant diode.The inductive component exists under any operating conditions, as a result of the fact that the current flowing through thedevice is always lagging behind the voltage that caused it, which corresponds to the inductive response of a tunnel-resonant diode.

PL

Na podstawie uwzględnienia procesów fizycznych zachodzących w diodzie tunelowo-rezonansowej pod działaniem pola magnetycznego proponuje się skonstruowanie autogeneracyjnego czujnika pola magnetycznego o częstotliwościowym sygnale wyjściowym. Zastosowanie urządzeń o ujemnej rezystancji różnicowej pozwala znacznie uprościć konstrukcję czujników pola magnetycznego w całym zakresie częstotliwości RF. W zależności od trybu pracy czujnika sygnał wyjściowy można uzyskać w postaci oscylacji harmonicznych, a także w postaci oscylacji impulsów ospecjalnej postaci.Badanie charakterystyk czujnika pola magnetycznego opiera się na pełnym obwodzie zastępczym tunelowej diody rezonansowej. Obwód zastępczy uwzględnia zarówno właściwości pojemnościowe, jak i indukcyjnetunelowej diody rezonansowej. Składowa indukcyjna istnieje w każdych warunkach pracy, na skutek tego, że prąd przepływający przez urządzenie jest zawsze opóźniony w stosunku do napięcia, które go spowodowało, co odpowiada odpowiedzi indukcyjnej diody tunelowo-rezonansowej.

Słowa kluczowe

EN

self-oscillator; tunneling resonant diode; negative differential resistance; frequency; quantum heterostructure

PL

samoscylator; tunelowa dioda rezonansowa; ujemna rezystancja różnicowa; częstotliwość; heterostruktura kwantowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 10, nr 4
• Strony: 51--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr.

Twórcy

autor

Osadchuk Alexander. V.

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems

autor

Osadchuk Vladimir. S.

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems

autor

Osadchuk Iaroslav A.

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems

Bibliografia

• [1] Awan J.T.: Optical and Transport of pin GaAs-AlAs resonant tunneling diode. UFS Car 2014.
• [2] Azarov O.D., Garnaga V.A.: Push-pull DC amplifiers for multi-bit converters of self-calibrating information. Universum, Vinnytsia 2011.
• [3] Azarov O.D., Krupelnytsky L.V.: Analog-digital devices of self-correcting systems for measurement and processing of low-frequency signals. Universum, Vinnytsia 2005.
• [4] Azarov O.D., Teplitsky M.Yu., Bilichenko N.O.: High-speed push-pull DC amplifiers with balanced feedback. VNTU, Vinnytsia 2016.
• [5] Borisenko V.E. et al.: Nanoelectronics: theory and practice textbook. Binom. Knowledge Laboratory, Moscow 2013.
• [6] Chand L.L., Esaki L., Tsu R.: Resonant tunneling in semiconductor double barriers. Appl. Phys. Lett. 24, 1974, 593–595.
• [7] Esaki L., Tsu R.: Superlattics and negative differential conductivityin semiconductors. IBM J. Res. Develop. 14/1970, 61–65.
• [8] Gotra S.Yu.: Microelectronic sensors of physical quantities. League–press, Lviv 2020.
• [9]Halimatus S., Warsuzarina M., Nabihah A., Jabbar M.: Resonant Tunneling Diode Design for Oscillator Circuit. International Postgraduate Conference –Physics, 2017, 1–8.
• [10] Huber J.L.: Physics of Novel InAs / AlSb / GaSb Resonant Interband Tunneling Structures. A Dissertation in Candidacy for the Degree of Doctor of Philosophy. Yale University, USA 1997.
• [11] Karandakov G.V., Kryvenko V.I.: Electrical engineering, electronics and microprocessor technology. NTU, Kyiv 2008.
• [12] Martinez-Duart J.M. et al.: Nanotechnology for micro-and optoelectronics. Technosphere, Moscow 2009.
• [13] McCarthy M., Collins A.: Switches and Multiplexers. Analog Dialogue 31(3), 1997, 20–22.
• [14] Meizda F.: Electronic measuring instruments and measurement methods. Mir, Moscow 1990.
• [15] Osadchuk I.A., Osadchuk A.V., Osadchuk V.S., Semenov A.O.: Nanoelectronic Pressure Transducer with a Frequency Output Basedon a Resonance Tunnel Diode. 2020 IEEE 15th International Conferenceon Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Lviv-Slavske, Ukraine 2020, 452–457, [http://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235474].
• [16] Osadchuk V. S., Osadchuk A. V.: Radiomeasuring Microelectronic Transducers of Physical Quantities. Proceedings of the 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Omsk 2015 [http://doi.org/10.1109/SIBCON.2015.7147167].
• [17] Osadchuk V.S., Osadchuk A.V., Osadchuk I.A.: Microelectronic pressure transducer with frequency output based on tunnel resonance diode. Bulletin of Khmelnytsky National University –Technical science 1, 2015, 97–101.
• [18] Osadchuk V.S., Osadchuk A.V.: The Microelectronic Radiomeasuring Transducers of Magnetic Field with a Frequency Output. Elektronika ir Elektrotechnika 4, 2011, 67–70 [http://doi.org/10.5755/j01.eee.110.4.289].
• [19] Osadchuk V.S., Osadchuk A.V.: Microelectronic sensors of magnetic field with frequency output. Universum, Vinnitsa 2013.
• [20] RomanyukN. et al.: Microfacet distribution function for physically based bidirectional reflectance distribution functions. Proc. SPIE 8698, 86980L [http://doi.org/10.1117/12.2019338].
• [21] Sun J.P., Haddad G.J. et al.: Resonant Tunneling Diodes: Models and Properties. Proceedings of The IEEE 86(4), 1998, 641–661.
• [22] Sze S.M., Kwok K.Ng.: Physics of Semiconductor Devices. Wiley-Interscience 2007.
• [23] Tsu R., Esaki L.: Tunneling in a finite superlattice. Appl. Phys. Lett. 22, 1973, 562–564.
• [24] Vasilevskyi O.M., Yakovlev M.Y., Kulakov P.I.: Spectral method to evaluate the uncertainty of dynamic measurements. Technical Electrodynamics 4, 2017, 72–78.
• [25] Vasilevskyi O.M.: Methods of determining the recalibration interval measurement tools based on the concept of uncertainty. Technical Electrodynamics 6, 2014, 81–88.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).