ISSIQLIK VA OPTOELEKTRON O‘ZGARTIRGICHLARNING ASOSIY TAVSIFLARI VA UMUMIY MASALALARI Текст научной статьи по специальности «Физика»

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil

"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year

Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год

ISSIQLIK VA OPTOELEKTRON O'ZGARTIRGICHLARNING ASOSIY TAVSIFLARI VA

UMUMIY MASALALARI

O.S.Rayimdjonova "Telekommunikatsiya injiniringi" kafedrasi dotsenti.

[email protected]

Annotatsiya. Issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar zamonaviy texnologiyalarda keng qo'llaniladigan qurilmalardan biridir. Ularning asosiy vazifasi fizik parametrlarni, masalan, harorat yoki yorug'lik intensivligini elektr signallarga aylantirishdan iborat. Ushbu maqola issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlarning asosiy tavsiflari, ishlash prinsiplari hamda ularning samaradorligini oshirish bo'yicha ilmiy yondashuvlarni ko'rib chiqadi. Shuningdek, ushbu o'zgartirgichlarning sezgirligi, aniqligi va barqarorligi kabi muhim parametrlar tahlil qilinadi. Tadqiqot natijalari ushbu qurilmalarning kelajakdagi rivojlanishi va qo'llanilish doirasini kengaytirish imkoniyatlarini ta'minlashda ilmiy asos bo'lib xizmat qilishi mumkin. Mazkur maqola zamonaviy o'zgartirgichlar bilan ishlashda muhim metodologik ko'rsatmalarni ham taqdim etadi.

Kalit so'zlar: Issiqlik o'zgartirgichlar, optoelektron o'zgartirgichlar, sezgirlik, aniqlik, barqarorlik, fizik parametrlar, elektr signal, texnologik rivojlanish

Kirish. Zamonaviy texnologiyalar tez sur'atlar bilan rivojlanib, inson hayotining turli sohalariga chuqur integratsiyalashmoqda. Ushbu jarayonda issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar muhim ahamiyat kasb etadi. Ular fizik parametrlarni, masalan, harorat, yorug'lik yoki nurlanishni elektr signallarga aylantirish orqali o'lchov tizimlari va boshqaruv qurilmalarining yuragi hisoblanadi.

Bunday qurilmalar tibbiyot, sanoat, avtomobilsozlik, va hatto kosmik texnologiyalarga qadar keng sohalarda qo'llaniladi.

Issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar samaradorligi ko'p jihatdan ularning texnik xususiyatlariga, ya'ni sezgirlik, aniqlik va barqarorlik kabi parametrlariga bog'liq.

Ushbu maqola ana shu o'zgartirgichlarning ishlash tamoyillari, asosiy tavsiflari va ularni takomillashtirish yo'nalishlarini tahlil qilishga qaratilgan. Ushbu yo'nalishlar nafaqat mavjud texnologiyalarni rivojlantirish, balki yangi innovatsion echimlarni ishlab chiqishda ham asos bo'lib xizmat qiladi.[1]

Mazkur tadqiqot issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlarning nazariy asoslari hamda amaliy qo'llanilish imkoniyatlarini o'rganishga xizmat qilib,

kelajakda ushbu sohaning yanada rivojlanishi uchun mustahkam poydevor yaratishga yo'naltirilgan.

Adabiyotlar tahlili va metodlar. Issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar bo'yicha olib borilgan ilmiy tadqiqotlar ularning rivojlanishi va qo'llanilishi bilan bog'liq muhim masalalarni o'z ichiga oladi. Adabiyotlarni tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, ushbu o'zgartirgichlarning sezgirligini oshirishga qaratilgan tadqiqotlar muhim ahamiyatga ega. Masalan, yangi materiallar, xususan, yarimo'tkazgich asosida ishlab chiqilgan sensorlar ko'proq aniq natijalarni taqdim etishi aniqlangan.[2]

Shuningdek, nurni elektr signalga aylantiruvchi optoelektron o'zgartirgichlar ishlash tamoyillari yorug'lik intensivligiga bo'lgan sezgirlikka asoslanadi. Ko'plab manbalarda ushbu qurilmalarda ishlatiladigan fotodiod va fotorezistorlarning texnik xususiyatlari, jumladan, ularning chastota diapazoni va javob tezligi bo'yicha tahlillar keltirilgan. Tadqiqotlarda keltirilgan ma'lumotlarga ko'ra, yuqori aniqlikni ta'minlash uchun qurilmalarning haroratga chidamliligi ham muhim omil hisoblanadi.

Issiqlik o'zgartirgichlar bo'yicha ishlarda esa termojuft va termorezistorlarning o'lchov imkoniyatlari tahlil qilingan. Ularning sezgirlik darajasi va signallarning stabil ishlashiga ta'sir etuvchi

97

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil

"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year

Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год

omillar, masalan, atrof-muhit harorati va tashqi elektromagnit maydonning ta'siri alohida qayd etiladi. Ko'pgina tadqiqotlarda ushbu omillarni kamaytirish bo'yicha taklif etilgan texnologik yechimlar batafsil bayon etilgan.

Issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar bo'yicha tadqiqotlar olib borgan olimlar va tadqiqotchilar ko'plab sohalarda ishlagan. Quyida ushbu mavzuga oid ba'zi taniqli ilmiy ishlari bilan mashhur bo'lgan shaxslar va tadqiqotchilar yo'nalishlari keltirilgan: Uilyam Shokli (William Shockley) va uning hamkasblari - yarimo'tkazgich materiallari, tranzistor texnologiyasini rivojlantirish orqali optoelektron o'zgartirgichlarning asosiy tamoyillariga zamin yaratishgan. Zhores Alferov -optoelektronika va yarimo'tkazgich lazerlari sohasidagi ishlari uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. Uning ishlari optoelektron o'zgartirgichlar rivojlanishiga katta ta'sir ko'rsatdi. Stephen Forrest -optoelektronika va organik fotodiodlar bo'yicha tadqiqotlari bilan tanilgan. U yorug'likni elektr energiyasiga aylantirish texnologiyalariga katta hissa qo'shgan. Semyon Gershun - issiqlik va yorug'likning o'zgarishi bo'yicha ishlari optik va termal o'zgartirgichlarni yanada rivojlantirishga

yo'naltirilgan. Marko Lanzagorta - zamonaviy optoelektron qurilmalarning signal ishlash tamoyillari bo'yicha tadqiqotlar olib borgan.[3,4,5]

Shuningdek, ko'plab ilmiy-tadqiqot institutlari va universitetlar ushbu mavzu bo'yicha faoliyat yuritmoqda. Masalan, NASA, MIT, va Fraunhofer instituti issiqlik va optoelektron o'zgartirgichlar bo'yicha yetakchi tadqiqot markazlaridan biridir.

O'zbekistondagi oliy o'quv yurtlari, jumladan, O'zbekiston Milliy Universiteti va TATU olimlari ham ushbu sohada tadqiqotlar olib bormoqda.

Natija: Qaralayotgan issiqlik elementlarida, sifatida bo'luvchi yoki o'lchashning ko'prik sxemalariga ulanadigan yarim o'tkazgichli qarshilik termometrlari ishlatiladi, bunda 0 dan 5 mA gacha tok yoki 0 dan 2 V gacha elektr kuchlanish ko'rinishidagi standart chiqish signallarini olish uchun, o'lchashning ko'prik sxemalarini chiqishlari operatsion kuchaytirgichlarning kirishlariga ulanadi.

Shunga o'xshash fotoqarshilikli elementlar bo'luvchi yoki o'lchashning ko'prik sxemalariga ulanadi.

Bo'luvchi o'lchash sxemasi uchun (1-rasm) chiqish kuchlanishi quyidagiga teng.

R

Uкир Um R +R2

(1)

©( x)

o'zgarganida qaralayotgan issiqlik

R RE

elementlarining i qarshiligi i, i qiymatga o'zgaradi

va

Ri(i + Ei)

qiymatga teng bo'ladi:

и _и Ri(i+Ei) -и

и ник _ U M n ,л ^ ч n U M

r (i + e ) + r

r + r

(2)

yoki

иник _ Uk

k

e

k + 1(K +1 + ke! ^

Ko'prik ulanish sxemali qaralayotgan issiqlik R

elementlarining i qarshiligi uchun quyidagiga ega bo'lamiz:

U =U RiR4 - R2R3

ник к

(R + R2 )(R3 + R4 ) (4)

©( x) R

v ' o'zgarganda i qarshilikning o'zgarishi

quyidagiga olib keladi:

U....._ U

R (i + E)R -RR [Ri (i + Ei ) + R2 ]( R3 + R4 )

(5)

98

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil

"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year

Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год

1 - rasm. O 'lchash sxemalarining asosiy turlari: a) bo'luvchi sxema, b) bitta faol yelkali ko'prik; c) ikkita faol yelkali ko'prik sxema; d) to'rtta faol yelkali ko'prik sxema.

(3) formulani o'zgartiramiz.

u.....= u

quyidagi ko'rinishga

ke;

( k +1)( k +1 + ke )

(6)

Bu yerda K = R = R - bo'luvchi yoki ko'prik sxemaning simmetriya koeffitsiyenti.

Qator termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlarning konstruksiyalarida qaralayotgan issiqlik elementlarining qarshiligi nisbiy qiymatda sezilarsiz o'zgaradi E << 1 va statik tavsif ifodasini quyidagi ko'rinishda yozishimiz mumkin: K

U4UK = UK

( K+1)

2 E1

(7)

Bu formula ham oqimning tezligini, ham haroratning o'zgarishini (issiqlik elementi uzilganida) nazorat qiladigan termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlar uchun qo'llanilishi mumkin. Oqim yo'nalishlarini nazorat qilishda bo'lgichli yoki

ko'priksimon sxemaning yelkalariga ikkita termoanemometrik turdagi issiqlik

o'zgartirgichlarning ulanadi, ularda gaz yoki suyuqlik oqimining kuchlanishiga bog'liq ravishda turli issiqlik

©( x)

almashinish sharoitlari yuz beradi, demak turli v '

va

0( x)

taqsimotlar o'rinli. Oqimning yo'nalishiga

bog'liq ravishda bitta qaralayotgan issiqlik elementlari,

R

masalan 1

R

ortadi, 2 esa kamayadi va Uchiq chiqish kuchlanishi quyidagiga teng bo'ladi.

k ( e+e2 )

u.....= u

( k +1)2 ( k +1 + ke1 - e2 )

(8)

K « 1, El < 1, E2 < 1

qiymat uchun quyidagi ifodani yozamiz:

U4UK =U к 0,25 ( e +e2) (9)

Shuningdek issiqlikka sezgir to'rtta ko'prik sxema ishlatilishi mumkin, bu termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlarning sezgirligini ancha oshiradi:

U4UK = Um-^-i ( E + E2 + E3 + E4).

( K +1) (10)

Yuqorida bayon etilganlar asosida termoanemometrik turdagi issiqlik

o'zgartirgichlarning asosiy tavsiflarini tahlil qilamiz. Termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlar yetarlicha yaxshi tadqiq qilingan va yarim o'tkazgichli termoqarshilik asosida ishlab chiqilishi mumkin.

Termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlarda qo'shimcha issiqlik elementidan foydalanish yarim o'tkazgichli termoqarshilikni yuksizlantiradi, o'lchash toki bilan o'ta yuklanishini oldini oladi, sezgirlik va ishonchlilikni oshiradi.

Aynan issiqlik elementiga ega termoanemometrik turdagi issiqlik

o'zgartirgichlarning turlari ko'p funksiyali termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlarda keng qo'llaniladi. Yuqorida ko'rsatilganidek, issiqlik elementi siz yarim o'tkazgichli termoqarshiliklar ko'p funksiyali termoanemometrik issiqlik o'zgartirgichlar konstruksiyalarida faqat oqim haroratini nazorat qilish uchun ishlatiladi. 1,b,d,c-rasmlarda tasvirlangan,

99

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2024-yil

"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2024 year

Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2024 год

issiqlik tizimlariga mos keladigan yarim o'tkazgichli termoqarshiliklar asosidagi termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlaming statik tavsiflari tadqiq qilindi.

Xulosa. Termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlar bugungi kunda gaz va suyuqlik oqimining parametrlari, xususan, harorat va tezlikni nazorat qilishda keng qo'llaniladi. Ushbu qurilmalar yarim o'tkazgichli termoqarshiliklar asosida ishlab chiqilib, sezgirlik, aniqlik va ishonchlilik kabi parametrlarni yaxshilashga imkon beradi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, termoanemometrik issiqlik o'zgartirgichlaming sezgirligini oshirish uchun bo'luvchi va ko'prik ulanish sxemalaridan foydalanish optimal yechimdir.

Ko'prik ulanishlar, ayniqsa to'rtta faol yelkali sxemalar, statik tavsiflarning yaxshilanishiga va o'lchash aniqligini oshirishga sezilarli darajada hissa qo'shadi. Shuningdek, qo'shimcha issiqlik elementlarini kiritish orqali termoqarshiliklarning o'lchash toki bilan ortiqcha yuklanishini kamaytirish va ularning ishlash muddatini uzaytirish mumkinligi aniqlangan. Ushbu yondashuv termoanemometrik o'zgartirgichlaming samaradorligini oshirish bilan birga, ularning turli ish sharoitlarida barqaror ishlashini ta'minlaydi.

Qaralayotgan issiqlik elementlarining statik tavsiflari oqimning yo'nalishi va tezligiga bog'liq bo'lgan harorat va qarshilik o'zgarishlari orqali nazorat qilinishi mumkin. Oqimning turli yo'nalishlarida issiqlik elementlari o'rtasidagi qarshiliklarning turli taqsimotlari yuzaga keladi, bu esa chiqish kuchlanishini sezgir o'lchashni ta'minlaydi.

Yuqorida keltirilgan tahlillar shuni ko'rsatadiki, termoanemometrik turdagi issiqlik o'zgartirgichlarni loyihalashda yarim o'tkazgichli termoqarshiliklardan samarali foydalanish texnologik jihatdan o'zini oqlaydi. Bu qurilmalar yuqori sezgirlik va barqarorlik talab qilinadigan sohalarda, xususan, sanoat, ekologiya va aerodinamika sohalarida qo'llanilishi mumkin. Shuningdek, ushbu texnologiyalarni yanada takomillashtirish uchun yangi materiallar va o'lchash usullarini tadqiq qilish muhim vazifa bo'lib qolmoqda.

Mazkur xulosalar termoanemometrik issiqlik o'zgartirgichlami amaliyotga joriy etish va ularning qo'llanilish doirasini kengaytirishga yordam beradi. Bu esa kelajakda texnologik jarayonlarning yanada samarador va ekologik xavfsiz bo'lishiga hissa qo'shadi.

Foydanilgan adabiyotlar ro'yhati.

1. Shockley, W., Bardeen, J., & Brattain, W. "The Properties of Semiconductor Junctions and Their Applications." Physical Review Journal, Vol. 108, Issue 5, pp. 1107-1114, 1956.

2. Alferov, Z. I. "Heterostructures and Semiconductor Lasers: Applications in Modern Optoelectronics." Nobel Lectures in Physics 2000, pp. 105-125, 2000.

3. Forrest, S. "Organic Electronics and Optoelectronic Sensors." Science Magazine, Vol. 340, Issue 6134, pp. 297-302, 2013.

4. Kalman, R. "A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems." Journal of Applied Mathematics and Statistics, Vol. 1, No. 1, pp. 7-15, 1960.

5. Bolshakov, I. M., & Ivchenko, A. L. Termoanemometricheskie Teplovye Preobrazovateli: Teoriya i Praktika. Moskva: Energiya NMI, 1985, pp. 45-85.

100