Айтимов мұрат жолдасбекович

71                                           
 


 
 
 
2
2
1
0
,
P
T
A
P
T
A
T
A
T
P
U
P





,   
 
 
(2.43) 
 
мұндағы  А
0
  кернеу  қысым  нөл  болғандағы  (Р=0),  А
1
,  А
2
-  қысымның 
температурадан тәуелді болғандағы датчиктің сезімталдық коффициенті. 
- температура арнасының сигналы 
 
 
 
 
 
 
...
,
3
3
2
2
1
0








T
P
B
T
P
B
T
P
B
P
B
P
T
U
T
, 
(2.44)  
 
мұндағы  В
0
  -  реперлік    температурадағы  (Т=20
0
С)  кернеу,  В
1
,  В
2
,  В
3
-
датчиктің  қысымнан  тәуелді  болғандағы  температураға  сезімталдық 
коффициенті.Математикалық  жағынан  алсақ  қысым  мен  температура 
сигналдарының шығуы (2.43) және  (2.44) теңдеулерінің шешіміне әкеледі. А
i
(Т) 
и  B
j
(Р)  сезімталдық  коэффициенттерінің  тәуелділігі  полиноммен  көрсетуге 
болады, олардың коэффициенттері белгілі тәсілдермен табылады, мысалы, кіші 
квадраттар тәсілімен. 
Келтірілген  математикалық  моделдерден  физикалық  шамалар  датчиктері 
арқылы  өтетін  өлшеу  ақпараттарының  біртексіздігін  анықтаймыз.  Мұндай 
ақпараттық    біртексіздік  мынадай  түрде  келтіріледі:  датчиктердің  негізгі 
сипаттамаларындағы  температуралық  дрейф,  жылулық  және  бөлшектік  шуыл, 
термодеформациялық құбылыстар және т.б.. Датчиктерде гетерогендігін азайту 
үшін  датчиктің  әртүрлі  деңгейіндегі  термокомпенсация  сызбасы  мен 
элементтері қолданылады.  
 
2.3.2  Таратылатын  сенсорлық  құрылымдардың  электрлік  аналогтарын 
қолдана отырып, жартылай өткізгішті сезімтал элементті  моделдеу 
Микроэлектронды датчиктердің жартылай өткізгішті сезімтал элементтері 
реттелген  электрофизикалық  параметрлі  көп  өлшемді  құрылымды  құрайды, 
жалпы  жағдайда    нақты  шешімі    жоқ  математикалық  физиканың  күрделі 
дифференциалдық теңдеулерімен сипатталады [49, 50].  
Тәжірибеге арналған жеткілікті жуықтау шешімін алу үшін, қыскартылған 
статистикалық  модел  қолданылады,  жартылай  өткізгішті  сезімтал  элементтері 
реттелген  диодты-резистивті  құрылым  түріне  негізделген.  Мұндай  құрылым 
элементі  болып  табылады:  пьезорезисторлар,  кристалл  денесінің  көлемді 
кедергісі,  реттелген  p-n  көшуінің  кедергісінің  жоғалуы,  байланыс  пен 
металлдану кедергісі, фото-ЭДС, p-n көшуінің жабу потенциалы, компенсация 
элементтері 
(кристаллда 
олардың 
орналасуы 
жағдайында). 
Термокомпенсациялы  элементі  бар,  кристаллдың  деформацияланбайтын 
бөлігінде  қалыптасқан,  планарлы  транзистор  түрінде орындалған  жинақталған 
жартылай  өткізгішті  сезімтал  элементтері  мысалында  электрлік  реттелген 
құрылымды моделдеу үдерісінде қарастырамыз [51, 52]. 
2.23  суретте  жартылай  өткізгішті  бар  пъезосезімтал  элементті  бар 
микроэлектронды  датчиктің    2D  –  моделі  көрсетілген,  құрамында  профильді 
серпінді  элемент  механикалық  кернеулі  және  жұқа  түйіскішті  концентратор, 
денеде  пьезорезисторлар    R1…R4  қалыптасады.  Кристалдың  қалыңдатылған 

72                                           
 
бөлігінде  VT1  және  VT2  планарлы  транзисторлар  орналасады,  олардың 
біріншісі  сезімталдық  дрейфіне  температуралық  компенсация,  екіншісі  – 
термосезімтал  элемент  болып  табылады.  Пьезорезисторлар  байланыстың 
алюминий металлдануына көпірлік сызбаға біріктіріледі, ал термокомпенсация 
сызбасына датчиктің корпусына орнатылған сыртқы тақшаға енгізілген кернеу 
транзистордың аралас R5 және R6 резисторлары кіреді.  
 
 
 
Сурет 2.20 - Жартылай өткізгішті сезімтал элементтері бар микроэлектронды 
датчиктің 2D-моделі 
 
Үлестірілген параметрлі  жартылай  өткізгішті  сезімтал  элементтері жалпы 
электрлік моделі 2.21 суретте келтірілген. Сызбаның үлестірілген элементтерін 
бағытталғанмен  ауыстырып,    2.22  суреттегі  эквивалентті  моделді  аламыз.  Әрі 
қарай  R
Уэкв 
эквивалентті жылысу кедергісін шунттаушы пьезорезисторлармен, 
ал  VT1  транзисторды  –  R
T 
айнымалы  кедергімен  ауыстыра  отырып,  соңғы 
есептік моделді аламыз  - сурет 2.23. 
 
Сурет 2.21  -  Үлестірілген R – VD құрылымы түріндегі жартылай өткізгішті 
сезімтал элементтері МЭД моделі 

73                                           
 
 
 
Сурет 2.22 - Бағытталған параметрлі R–VD құрылымды жартылай өткізгішті 
сезімтал элементтері МЭД моделі 
 
 
Сурет 2.23 - Жартылай өткізгішті сезімтал элементтері қарапайым 
микроэлектронды датчиктердің электрофизикалық моделі 
 
2.23  суреттегі  қарапайым  моделден  бастап  көпірлік  сызбаның  шығыс 
кернеуіне аналитикалық және сандық есеп жүргіземіз, ол  жартылай өткізгішті 
сезімтал  элементтері  ақпараттық-электрлік  параметрлерінің  негізі  болып 
қызмет етеді: 
)
(
)
(
4
2
4
1
4
2
3
1
М
шыг
'
'
'
'
'
'
'
'
R
R
R
R
R
R
R
R
U
U








, 
 
 
 
 (2.45) 
Өз кезегінде,  
У
У
R
R
R
R
R
i
i
'
i



 
 
 
 
 
(2.46) 
 
R
R
R
R
Δ
0
3
1



, 
R
R
R
R
Δ
0
4
2



 
 
 
(2.47) 
 
(2.46 және 2.47) өрнегін (2.45)-не қоя отырып, түрлендіруден кейін аламыз: