При своем изобретении примерно четыре десятилетия назад СТМ (сканирующая туннельная микроскопия) произвела сенсацию, поскольку стала первой технологией, сделавшей получение изображений с разрешением в атомном масштабе рутинной процедурой. Важнейшим условием практического применения СТМ является наличие средств для воспроизводимого изготовления сверхострых наконечников зондов (игл) атомного масштаба. Один из способов изготовления наконечников – травление их из коротких отрезков платиновой проволоки в ванне с хлоридно-кальциевым электролитом. При подаче переменного напряжения между электролитом и проволокой происходит химическая реакция, сопровождающаяся бурным шипением на поверхности жидкости. Эта реакция травит платину, в результате чего проволока сужается и, в конце концов, распадается на две части. Если ток травления отключается в течение миллисекунд после разрыва проволоки, то точка разделения остается сверхострой. Эта острая точка подходит для использования в качестве высококачественного наконечника для СТМ.
Однако для остроты наконечника необходимо быстрое прерывание тока, поскольку всего нескольких миллисекунд перетравливания достаточно, чтобы затупить и испортить наконечник. Схема на Рисунке 1 обеспечивает прецизионное завершение травления с помощью реле, которое отключает травление при резком падении тока травления, возникающем при разрыве провода. Точное измерение и двухполупериодное выпрямление тока травления имеют решающее значение для работы схемы; эта точность достигается за счет использования необычного выпрямителя с дифференциальным входом.
 |
|
| Рисунок 1. | Эта схема управления травлением позволяет создавать сверхострые микроиглы, завершая процесс травления точно в нужное время. |
Прецизионное двухполупериодное выпрямление низкоуровневых сигналов переменного тока в постоянный ток является распространенной функцией обработки сигналов; эту функцию выполняют многие классические топологии выпрямителей. Однако точность типичных прецизионных выпрямителей зависит от точности подбора соотношений сопротивлений резисторов. Кроме того, точность этих стандартных схем ограничивают входные напряжения смещения операционного усилителя. Погрешность смещения обычно ограничивает диапазон измеряемых входных сигналов, который составляет не менее нескольких сотен милливольт.
Преобразователь в описанной здесь конструкции лишен этих недостатков и добавляет ряд новых и полезных функций. Дифференциальный сигнал переменного тока, подлежащий выпрямлению, поступает на неинвертирующие входы операционных усилителей IC1A и IC1B (Рисунок 1). Выпрямление происходит следующим образом. Рассмотрим такое изменение входного сигнала VIN, при котором вход IC1A становится более положительным, чем вход IC1B. Усилитель IC1A реагирует на это, открывая диод D1 и, тем самым, заставляя резистор R2 отслеживать входной сигнал. Усилитель IC1B реагирует изменением выходного напряжения в сторону отрицательных значений, заставляя транзистор Q2 открыться настолько, чтобы инвертирующий вход IC1A и нижний по схеме вывод R1 могли отслеживать сигнал на входе. Ток эмиттера Q2 и, следовательно, ток коллектора в этом случае равны
Транзистор Q2 должен иметь большой коэффициент передачи тока альфа.
При входных сигналах противоположной полярности соответствующие роли усилителей меняются, при этом открываются диод D2 и транзистор Q1. Единственным фактором, ограничивающим симметрию выпрямления, является точность совпадения значений альфа Q1 и Q2, которая обычно не бывает хуже 0.3%. Таким образом, этот прецизионный выпрямитель уникален тем, что ни симметрия выпрямления, ни подавление синфазного сигнала, превышающее 60 дБ, не зависят от согласования резисторов. При этом конденсатор C2 обеспечивает связь по переменному току, устраняя ошибки, обусловленные напряжением смещения. Работа остальных элементов контроллера травления проста. На усилителе IC1C реализован двухполюсный фильтр нижних частот Баттерворта с единичным усилением, обеспечивающий хорошее ослабление пульсаций без чрезмерной временной задержки. Травление начинается после нажатия кнопки СТАРТ. Затем компаратор тока травления IC1D начинает управлять транзистором Q3, чтобы поддерживать реле во включенном состоянии до тех пор, пока ток травления не упадет ниже уровня, заданного потенциометром УСТАНОВКА ПОРОГА. Тогда уровень напряжения на выходе IC1D становится низким, и транзистор Q3 выключается, размыкая реле и прекращая травление. В результате почти каждый раз получается исправный, атомарно острый сканирующий наконечник.
Купить LM324 на РадиоЛоцман.Цены
