Математическое моделирование переходных электрических процессов в тонкопленочном электролюминесцентном конденсаторе в схеме управления индикаторами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тахтенкова Марина Олеговна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТОНКОПЛЕНОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНОМ КОНДЕНСАТОРЕ В СХЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРАМИ

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ульяновск, 2011

Работа выполнена на кафедре “Проектирование и технология электронных средств” Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Самохвалов Михаил Константинович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Браже Рудольф Александрович,

кандидат технических наук, доцент Ефимов Александр Владимирович

Ведущая организация: Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН

Защита диссертации состоится 23 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.277.02 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета:

д.т.н., профессор Крашенинников В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

электролюминесцентный конденсатор электрический индикаторный

Актуальность проблемы. Математическое моделирование является наиболее удобным аппаратом для разработки, исследования и оптимизации технических объектов и процессов, поскольку значительно сокращает время и расходы на проведение экспериментальных работ, получая при этом достаточно полный объем интересующей нас информации. К таким техническим объектам относятся средства отображения информации на основе плоских твердотельных активных индикаторов, в том числе тонкопленочные электролюминесцентные конденсаторы.

К настоящему времени достигнуты значительные успехи в проектировании и производстве индикаторов на основе тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов (ТПЭЛК): определены материалы с требуемыми свойствами и разработаны конструкции, технологии получения элементов и устройств, методы контроля свойств материалов и источников излучения. На основе проведенных исследований, а именно, решения уравнения кинетики изменения концентрации возбужденных центров свечения в слое люминофора ТПЭЛК для различных форм возбуждающего напряжения (треугольной, трапецеидальной, синусоидальной, импульсной) получены зависимости средней яркости свечения от параметров слоев структуры ТПЭЛК и условий возбуждения. Показано, что при равных значениях амплитуды и периода следования импульсов знакопеременного симметричного напряжения средняя яркость и светоотдача ТПЭЛК возрастают с увеличением скорости нарастания напряжения для различных форм возбуждающего напряжения в следующей последовательности: треугольная - трапецеидальная - синусоидальная - импульсная. Расчетные данные подтверждены результатами экспериментальных исследований. Однако до сих пор не было проведено математическое моделирование переходных электрических характеристик в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях при возбуждении импульсным напряжением. Имеющиеся расчеты на основе существующих моделей являются упрощенными и характеризуют лишь отдельные эффекты в многослойных структурах.

Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы является математическое моделирование переходных электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов как элементов электрической цепи в составе схемы управления при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением для проектирования индикаторных устройств на основе ТПЭЛК и повышения эффективности преобразования электрической энергии в световое излучение.

Для достижения этой цели в ходе выполнения диссертационной работы были поставлены и решены следующие задачи.

1. Теоретический анализ и математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК в составе схемы управления индикатором с последовательным резистором, имитирующим внутреннее сопротивление источника напряжения и сопротивление проводников, при возбуждении импульсным напряжением.

2. Анализ и математическое моделирование процессов рассеяния мощности в ТПЭЛК с последовательным резистором при воздействии импульсного напряжения.

3. Схемотехническое моделирование переходных электрических характеристик ТПЭЛК с использованием пакетов прикладных программ моделирования и проектирования электронных схем.

4. Макетное моделирование переходных электрических характеристик реализовано с применением натурного макета схемы замещения созданного нами на базе эквивалентной схемы ТПЭЛК.

5. Экспериментальное исследование электрических и светотехнических характеристик ТПЭЛК в составе схемы управления индикатором.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. Впервые проведенные исследования электрических характеристик тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора как элемента электрической цепи и эффективности его возбуждения при воздействии знакопеременным импульсным напряжением позволили вынести на защиту следующие основные положения.

1. На основе теории электрических цепей разработано математическое описание и программный комплекс моделирования переходных электрических процессов в тонкопленочном электролюминесцентном конденсаторе при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением.

2. Математическое моделирование процессов рассеяния энергии в тонкопленочном электролюминесцентном конденсаторе и последовательном резисторе позволило изучить и оценить эффективность процесса преобразования электрической энергии в световое излучение при воздействии импульсного напряжения.

3. Результаты математического моделирования переходных электрических процессов и процессов рассеяния мощности в тонкопленочном электролюминесцентном конденсаторе с применением численных методов позволяют определить требования к значениям параметров элементов цепи управления индикаторами на основе тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора.

4. Закономерности протекания переходных электрических процессов при возбуждении симметричным импульсным напряжением в тонкопленочном электролюминесцентном конденсаторе, обнаруженные при математическом моделировании, подтвердились результатами схемотехнического и макетного моделирования, а также экспериментальных исследований.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что определенные по данным теоретических и экспериментальных исследований и результатам математического моделирования рекомендации по выбору режимов возбуждения и управления электролюминесцентными излучателями и требования к значениям параметров элементов цепи управления индикаторами на основе ТПЭЛК могут быть использованы в лабораториях и конструкторских бюро, занимающихся проектированием и разработками источников излучения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается близостью результатов математического, схемотехнического и макетного моделирования, корректностью допущений модели, близостью расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.

Личный вклад. В диссертации изложены результаты работ, которые были выполнены соискателем лично под научным руководством профессора Самохвалова М. К. Автор разрабатывал методики исследований, проводил теоретические анализ и осуществлял расчеты, моделирование и эксперименты, выполнял обработку, анализ и обобщение полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 8-й, 9-й и 10-й школе-семинаре "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники" (Ульяновск 2005-2008 гг.); Шестой Всероссийской научно-практической конференции ''Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем'' (с участием стран СНГ) (Ульяновск, 2009 г.); 40-, 42-, 43-, 44-й научно-технической конференции “Вузовская наука в современных условиях” (Ульяновск 2006, 2008-2011 г.); 12-й Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск 2010 г.).

Публикации. Содержание работы изложено в 15 печатных работах, в том числе, в 2 статьях в журналах, входящих в Перечень Российских рецензируемых научных журналов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка используемых источников из 134 наименований и приложения. Она изложена на 133 листах, содержит 43 рисунка и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель работы и задачи исследований, выделены основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая значимость исследований, описана структура диссертации.

В первом разделе проведен анализ конструктивно-технологических свойств ТПЭЛК, определяющих их электрические характеристики, и особенности управления индикаторными устройствами на их основе. Рассматриваются основные электрические и светотехнические характеристики ТПЭЛК. Приведен анализ влияния форм возбуждающего напряжения на светотехнические характеристики. Сформулированы цель и задачи, поставленные и решенные в ходе работы над диссертацией.

Во втором разделе проведено математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК в составе схемы управления при возбуждении импульсным напряжением

Наибольший научный и практический интерес представляет изучение зависимости распределения потенциала и тока в тонкопленочном электролюминесцентном излучателе при возбуждении импульсным напряжением, т. к. в технической литературе отсутствуют какие-либо сведения о переходных процессах в схемах с ТПЭЛК с последовательно включенным резистором при данном виде возбуждения (рис.1).

Рис. 1. Форма возбуждающего напряжения

Структура ТПЭЛК представляет собой последовательно нанесенные на стеклянную подложку пленки прозрачного электрода, диэлектрика, люминофора, диэлектрика и другого электрода. Соответственно, эквивалентная схема (рис.2) должна содержать элементы, отражающие свойства всех слоев. ТПЭЛК входит в состав схемы управления индикаторами, поэтому представляет практический интерес изучение электрических характеристик, учитывая последовательный резистор. В состав схемы управления в качестве такого элемента включен резистор R, имитирующий внутреннее сопротивление источника напряжения и сопротивление проводов (рис.2).

Рис. 2. Эквивалентная схема ТПЭЛК в цепи управления индикатором

Обозначим напряжение на зажимах цепи , а напряжение и заряд на обкладках электролюминесцентного конденсатора и , соответственно. Тогда:

. (1)

Так как значение тока определяется скоростью изменения заряда на обкладках конденсатора, то

, (2)

где - емкость ТПЭЛК.

Уравнение (1) может быть преобразовано с учетом соотношения (2):

. (3)

Для переходного процесса получается следующее общее решение для напряжения на обкладках электролюминесцентного конденсатора:

(4)

причем установившееся напряжение U'_C может быть найдено, если известен вид функции , а постоянная интегрирования А определяется, исходя из начальных условий.

1. При возбуждении электролюминесценции в ТПЭЛК импульсным напряжением для начального состояния перед подачей напряжения t=-0, были заданы условия: . В начальный момент t=+0 подачи импульса напряжения значения параметров составили:

.

Когда решение уравнения (3) для напряжения и тока имеет вид:

.

Данное решение используется для описания электрических характеристик, когда напряжение на ТПЭЛК не превышает порогового значения, т. е. величины напряжения, соответствующего началу свечения. Соответствующее пороговому напряжению значение времени составляет:

.

Напряжение на резисторе равно Когда напряжение на ТПЭЛК превышает пороговое значение, т. е. в момент времени t>t_P, решение уравнения (3) принимает вид:

, где .

Этот ток является зарядным током для конденсатора и активным током в слое люминофора, обусловливающим возбуждение свечения.

Ко времени окончания действия первого импульса напряжения при t=t_1-0

2. Для временного интервала t?t₁ величина напряжения равна нулю:

К моменту времени подачи второго импульса t=t_2-0, значения напряжения на конденсаторе и резисторе и ток составляют:

3. Далее, в момент времени t?t₂, значение амплитуды напряжения изменяется от 0 до : . В начальный момент t=t₂₊₀, после подачи второго импульса напряжения: , . Напряжения на ТПЭЛК и резисторе и ток изменяются следующим образом:

Момент времени t=t_P2 напряжение переключения на этом участке, с учетом процесса поляризации люминофора предыдущим импульсом, составляет:

, или ,

соответствующее значение времени переключения ТПЭЛК в проводящее состояние, т. е. началу свечения люминофора:

.

Когда t>t_P2, величина напряжения на конденсаторе и резисторе, и тока определяются следующими формулами:

К моменту окончания второго импульса напряжения, т. е. при t=t_3-0:

4. После окончания второго импульса при t?t₃:

и

К моменту начала третьего импульса напряжения t=t_4-0, величина напряжения на конденсаторе и резисторе и тока составляют:

.

5. Для третьего импульса напряжения (начало второго периода импульсного напряжения), когда t?t₄: . В начальный момент третьего импульса напряжения t=t₄₊₀:

.

В дальнейшем, в течение третьего импульса напряжения, при t>t₄,:

.

В момент времени t=t_P3 напряжение переключения люминофора ТПЭЛК в проводящее состояние . Тогда, а время переключения .

К окончанию третьего импульса значения напряжения на ТПЭЛК, последовательном резисторе и величина тока составляют:

.

Переходные процессы на пятом участке и на всех последующих являются установившимися, и поэтому математические выражения для электрических характеристик ТПЭЛК будут повторяться в каждом последующем периоде.

Возбуждающее напряжение в форме меандра является частным случаем импульсного напряжения. Данный случай позволил получить более простые решения и нагляднее представить особенности протекания переходных процессов.

Математическое моделирование переходных электрических процессов при возбуждении импульсным напряжением и напряжением в форме меандра было реализовано в программной среде MatLab и получено совпадение результатов с аналитическими данными рассматриваемых процессов. Результаты проведенных расчетов переходных процессов в ТПЭЛК показаны на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Графики переходных процессов в ТПЭЛК при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением, рассчитанные в MatLab

Переходные процессы в ТПЭЛК при рассмотрении частного случая импульсного напряжения отличаются от общего случая тем, что второй и четвертый участки отсутствуют. Это влияет на начальные условия для следующего временного интервала и, следовательно, на значения выходных параметров (рис.4).



Рис. 4. Графики переходных процессов в ТПЭЛК при возбуждении напряжением в форме меандра, рассчитанные в MatLab

Для дальнейшей реализации поставленных задач был разработан программно-аппаратный комплекс моделирования переходных электрических процессов ТПЭЛК (рис.5). В основе программного комплекса положено теоретическое представление и, как следствие, математическое описание характеристик тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора.

При осуществлении математического моделирования переходных электрических процессов в ТПЭЛК предполагалось, что импульсы напряжения были идеально прямоугольными, т. е. с нулевой длительностью фронтов. Однако в реальных условиях длительность фронтов отлична от нуля. В связи с этим было проведено математическое описание переходных электрических характеристик тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора с учетом реального переднего фронта возбуждающего знакопеременного импульсного напряжения с применением численных методов.

Рис. 5. Программно-аппаратный комплекс моделирования переходных электрических процессов в ТПЭЛК

В результате проведенных исследований было установлено, что влияние переднего фронта импульса возбуждающего напряжения в меньшей степени сказывается на электрических характеристик ТПЭЛК при напряжении в форме меандра. Время нарастания фронта должно быть меньше 1 мс для обоих видов возбуждающего напряжения, чтобы достичь необходимой величины значения напряжения. Однако при времени нарастания t_P=1 мс амплитудное напряжение на ТПЭЛК U_A=120 B, что составляет 80% от заданного уровня на частоте
100 Гц при скважности 0,5. Для напряжения в форме меандра при t_P=1 мс амплитудное напряжение U_A=144 B, что составляет 96% от заданного уровня на той же частоте.

В третьем разделе проведено математическое моделирование процессов рассеяния энергии в ТПЭЛК при возбуждении импульсным напряжением.

Исследована зависимость рассеиваемой мощности от условий возбуждения и сопротивления последовательного резистора. Наглядной иллюстрацией оптимизации заданных параметров служат полученные графики по напряжению, частоте, активной мощности рассеивания, средней мощности рассеивания на последовательном резисторе, коэффициента эффективности ТПЭЛК и коэффициента длительности импульса возбуждающего напряжения. Определены оптимальные режимы работы ТПЭЛК и особенности управляющей схемы.

С помощью диаграмм проведена оценка влияния сопротивления последовательного резистора на электрические параметры тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора в составе цепи управления индикаторными устройствами.

На рис. 6 изображены зависимости активной мощности рассеяния ТПЭЛК от частоты переменного напряжения и величины сопротивления резистора R. При малых значениях сопротивления резистора ярко выражена линейная зависимость P_А от частоты (рис. 6а). С увеличением R=500-2000 кОм (диаграмма б) зависимость становится нелинейной. При высоких значениях частоты и (или) величины сопротивления резистора, свечение может не происходить - отрицательная область на рис. 6б. Это связано с тем, что время релаксации становится соизмеримым с длительностью возбуждающего импульса напряжения, и люминофор не успевает переключиться в проводящее состояние.

а) б)

Рис. 6. Диаграммы зависимостей P_А(R, f): a - для набора сопротивлений 100-1000 Ом; б - для набора сопротивлений 500-2000 кОм

На рис. 7 отображена диаграмма зависимости активной мощности рассеяния от величины сопротивления резистора и амплитуды напряжения.

Рис. 7. Диаграмма зависимости активной мощности рассеяния от величины сопротивления последовательного резистора и амплитуды напряжения на частоте 100 Гц

С увеличением частоты возбуждающего напряжения можно достигнуть большей активной мощности и яркости свечения. Режимы работы ТПЭЛК с очень высоким значением амплитуды напряжения существенно влияют на срок службы работы индикатора. Дальнейшее увеличение возбуждающего напряжения приводит к выгоранию люминофора тонкопленочной структуры.

На быстродействие непосредственно влияет частота изменения напряжения, которую рекомендуется поднимать до достижения требуемого времени отклика. Значение сопротивления последовательного резистора влияет на постоянную времени релаксации. Ограничения быстродействия возникают лишь при очень высоких частотах, когда длительность импульса напряжения будет соизмерима с постоянной времени релаксации при высоких значениях сопротивления. Уменьшая сопротивление резистора, можно уменьшить или исключить вероятность возникновения такого ограничения.

Диаграммы являются удобным инструментом для оценки возможных параметров цепи управления для обеспечения заданных выходных параметров индикаторного элемента - потребляемой мощности и времени отклика. Полученные результаты имеют значение для согласования параметров работы схем управления индикаторными устройствами на основе ТПЭЛК. Для определения максимального значения коэффициента эффективности ТПЭЛК, позволяющего количественно оценить процесс преобразования электрической энергии в световую и величину активной мощности, т. е. мощности, расходуемой на световое излучение, необходимо решить задачу поиска экстремума функции. Для реализации поставленной задачи было написано две программы в среде программного комплекса MathCAD. Первая выполняет вычисление максимума функции активной мощности рассеяния по трем переменным (R=100Ом…2МОм; U_A=110…150 B; f=100…1000 Гц), используя встроенную функцию Maximize. Вторая программа выполняет вычисление максимума коэффициента эффективности ТПЭЛК по четырем переменным (R=100Ом…2МОм; U_A=110…150 B; f=100…1000 Гц; n=0,5…1), также используя встроенную функцию Maximize. В результате решения задачи поиска экстремума функции численными методами получено: 1) максимальное значение активной мощности рассеяния P_A=0,082 Вт при импульсном напряжении и при напряжении в форме меандра в ТПЭЛК соответствует величине сопротивления R=1 Ом, амплитудном значении напряжения U_A=150 B и частоте f=1000 Гц; 2) максимальное значение коэффициента эффективности ТПЭЛК з=99,39% соответствует R=1 Ом, U_A=150 B; f=100 Гц и напряжении в форме меандра n=1. Количественные результаты соответствуют данным, полученным при построении диаграмм.

В четвертом разделе реализовано схемотехническое моделирование переходных электрических процессов и макетное моделирование с использованием электрической схемы замещения ТПЭЛК в составе схемы управления.

Для схемотехнического моделирования был использован программный комплекс Еlectronics Workbench 5.12, который выбран на основании сравнительного анализа возможностей существующих пакетов прикладных программ схемотехнического моделирования, и эквивалентная электрическая схема ТПЭЛК (рис.2). Переключение люминофора из высокоомного в низкоомное состояние моделировалось встречным включением двух стабилитронов, напряжение стабилизации которых выбиралось в соответствии с пороговым напряжением U_LТ. Графики зависимости постоянных времени ф и ф_D от сопротивления последовательного резистора цепи R для импульсного напряжения амплитудой 150 В и частотой 1 кГц показаны на рис. 8.

Рис. 8. Графики зависимостей постоянных времени ф и ф_D от величины последовательного резистора цепи на частоте 1 кГц

Для проведения исследований электрических характеристик собран макет на основе электрической схемы замещения ТПЭЛК (рис. 2), измерены волны тока и установлены зависимости постоянных времени ф и ф_D от величины сопротивления последовательного резистора для тех же условий, что и при проведении схемотехнического моделирования. Зависимости постоянных времени ф и ф_D от сопротивления цепи являются линейными в достаточно широком интервале значений сопротивлений, что соответствует результатам математического и схемотехнического моделирования. Значение величины сопротивления последовательного резистора изменялось в интервале от 10 Ом до 2 МОм. Максимально допустимое значение сопротивления зависит от частоты изменения напряжения. На частоте 1 кГц величина сопротивления R не должна превышать значения 800 кОм, а на частоте 100 Гц - 1 МОм. Полученные результаты имеют практическое значение не только для разработки режимов возбуждения и схем управления индикаторными устройствами, но и для анализа методов и средств измерения электрических характеристик ТПЭЛК с целью изучения физических процессов и определения свойств тонких пленок в светоизлучающих структурах.

В пятом разделе описана технология получения тонкопленочных структур и методика измерения электрических и светотехнических характеристик ТПЭЛК. Представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных на образцах, полученных методами тонкопленочной технологии. Для исследования использованы тонкопленочные структуры на основе ZnS:Mn.

На рис. 9 представлены экспериментальные зависимости постоянных времени релаксации от величины сопротивления последовательного резистора.

Рис. 9. Графики зависимостей постоянных времени ф и ф_D от величины сопротивления последовательного резистора на частоте 1 кГц

Вид волн тока соответствовал результатам, полученным при схемотехническом и макетном моделировании. Графики зависимостей постоянных времени релаксации ф и ф_D от величины сопротивления последовательного паразитного резистора цепи совпадали с зависимостями, полученными при математическом, схемотехническом и макетном моделировании, что подтверждает адекватность математической модели и возможность ее использования для исследований электрических характеристик ТПЭЛК при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением в схемах управления индикаторами.

В ходе экспериментальных исследований были проведены измерения зависимости яркости свечения ТПЭЛК от приложенного напряжения при возбуждении напряжением в форме меандра. На рис. 10 представлены экспериментальные зависимости яркости от величины последовательного резистора при фиксированных значениях амплитуды возбуждающего напряжения U_A =150 В и частоте 1 кГц и 100 Гц. Полученные зависимости согласуются с данными, представленными в технической литературе.

Рис. 10. Зависимость яркости ТПЭЛК от величины сопротивления последовательного резистора цепи: 1 - на частоте 1 кГц, 2 - на частоте 100 Гц

Скорость возбуждения центров свечения в люминофоре ТПЭЛК определяется величиной активного тока, протекающего через люминесцентный слой, которая тока, в свою очередь, зависит от сопротивления последовательного резистора. С увеличением сопротивления возрастает длительность переходных процессов и происходит уменьшение активного тока в слое люминофора, в связи, с чем происходит уменьшение яркости свечения. Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод, что для увеличения яркости индикаторных устройств на основе ТПЭЛК необходимо уменьшить величину сопротивления генератора напряжения и проводников схемы управления.

В заключении изложены основные научные результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении находятся листинги программ, реализованных в программной среде MatLab и в программном комплексе MathCAD.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен теоретический анализ и математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК с последовательным резистором в схеме управления индикатором. Получены аналитические соотношения для падения напряжения на электролюминесцентном конденсаторе и тока через него при возбуждении знакопеременным симметричным импульсным напряжением. Определены значения напряжения переключения конденсатора в проводящее состояние, времени переключения и постоянных времени релаксации ТПЭЛК. Осуществлено моделирование переходных процессов ТПЭЛК в программной среде MathLab.

2. Разработан программно-аппаратный комплекс моделирования переходных электрических процессов ТПЭЛК в составе схемы управления индикаторами при возбуждении импульсным напряжением, позволивший провести комплексные исследования и сравнительный анализ полученных результатов.

3. Проведено математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК при неидеальном виде переднего фронта импульса напряжения с применением численных методов. Установлено, что время нарастания переднего фронта импульса напряжения менее 1 мс на частоте 100 Гц и 1 мкс при 1кГц не будет влиять на характеристики ТПЭЛК.

4. В результате математического моделирования процессов рассеяния энергии в ТПЭЛК при возбуждении импульсным напряжением получены аналитические выражения для расчета активной и средней мощности рассеяния и коэффициента эффективности свечения. В среде MathCAD программно реализована задача поиска экстремума функции численным методом, а именно определение максимального значения коэффициента эффективности свечения ТПЭЛК и активной мощности рассеяния.

5. Максимальное значение активной мощности рассеяния в ТПЭЛК достигает значения P_A=0,082 Вт при импульсном напряжении и напряжении в форме меандра. Максимальное значение коэффициента эффективности тонкопленочного конденсатора з=99,39% становится при входном возбуждающем напряжении в форме меандра. Количественные результаты соответствуют данным, полученным по объемным поверхностным диаграммам.

6. Впервые с использованием программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench проведены исследования влияния сопротивления последовательного резистора на переходные электрические процессы в ТПЭЛК при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением. Полученные результаты согласуются с данными математического моделирования.

7. Проведено макетное моделирование переходных процессов ТПЭЛК в составе схемы управления с использованием схемы замещения. Графики постоянных времени релаксации ф и ф_D тонкопленочного электролюминесцентного конденсатора, полученные при макетном моделировании имеют линейный характер и совпадают с аналогичными зависимостями, определенными при математическом и схемотехническом моделировании.

8. Впервые проведены экспериментальные исследования переходных электрических процессов на реальных образцах ТПЭЛК структур с учетом влияния сопротивления последовательного резистора. Полученные зависимости соответствуют данным математического, схемотехнического и макетного моделирования. Получены экспериментальные зависимости яркости свечения ТПЭЛК от величины сопротивления последовательного резистора.

9. На основе полученных результатов выработаны рекомендации к значениям параметров элементов цепи управления индикаторами на основе ТПЭЛК. Для увеличения яркости свечения индикаторных устройств необходимо уменьшать величину внутреннего сопротивления источника напряжения и проводников до уровня, не превышающего 800 кОм на частоте возбуждающего напряжения 1 кГц и 1МОм при 100 Гц.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях из Перечня ВАК

1. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Вольт-яркостные характеристики люминесцентных пленок ZnS:Mn // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА, 2009. - №5(79). - С. 3-6.

2. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК с последовательным резистором цепи в схемах управления индикаторами // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2011. - №1(17) - С. 175-186.

Публикации в иных изданиях

3. Тахтенкова М.О. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи в схемах управления при импульсном возбуждении // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. Материалы школы-семинара. - Ульяновск, 2005. - С.14.

4. Тахтенкова М.О. Анализ рассеяния энергии в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах// Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. Материалы школы-семинара. - Ульяновск, 2007. - С. 18-19.

5. Тахтенкова М.О. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. Материалы школы-семинара. - Ульяновск, 2007. - С. 19-20.

6. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи в схемах управления // Межвуз. сборник научных трудов ''Радиоэлектронная техника''. - Ульяновск, 2008. - С. 31-38.

7. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Моделирование зависимости электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов от сопротивления цепи в схемах управления // Межвуз. сборник научных трудов ''Радиоэлектронная техника''. - Ульяновск, 2008. - С. 38-43.

8. Тахтенкова М.О., Васин М.В. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи в схемах управления // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. Материалы школы-семинара. - Ульяновск, 2008. - С. 25-26.

9. Тахтенкова М.О., Васин М.В. Моделирование зависимости электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов от сопротивления цепи в схемах управления // Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. Материалы школы-семинара. - Ульяновск, 2008. - С. 26-27.

10. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последователь-ным сопротивлением цепи в схемах управления // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: сборник научных трудов. Вып. 6. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - С. 147-152.

11. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Моделирование зависимости электрических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов от сопротивления цепи в схемах управления // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: сборник научных трудов. Вып. 6. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - С. 152-156.

12. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Переходные электрические процессы в тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторах с последовательным сопротивлением цепи в схемах управления // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Труды 6-й всеросс. научно-практ. конф. (с участием стран СНГ) - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 257-260.

13. Самохвалов М.К., Тахтенкова М.О. Математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК с последовательным сопротивлением цепи в схемах управления // Радиоэлектронная техника: межвуз. сб. научн. тр./ Под редакцией В. А. Сергеева. - УлГТУ, 2009. - С. 40-47.

14. Тахтенкова М.О., Васин М.В. математическое моделирование переходных электрических процессов в ТПЭЛК при возбуждении знакопеременным импульсным напряжением // Труды 12-й междунар. конф. «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - С. 163.

15. Samokhvalov M.K., Takhtenkova M.O. Brightness-Voltage Characteristics of ZnS:Mn Luminescent Films// Semiconductors, 2010. - Vol.44. - №13. - P. 1634-1636.

Размещено на Allbest.ru