22. Электростатические актюаторы. Микрореле. Конструкция и принцип работы.

Механические устройства, преобразующие энергию в управляемое движение, получили название актюаторов. Электростатические актюаторы — это устройства, использующие силы притяжения или отталкивания между заряженными поверхностями для создания механического движения.

Конструкция электростатического актюатора

1. Электроды

   • Подвижный электрод: Закреплён на мембране, балке или другой механической конструкции.

   • Неподвижный электрод: Привязан к подложке или неподвижной части устройства.

2. Зазор

   • Между электродами существует воздушный или вакуумный зазор, определяющий величину электростатических сил.

3. Диэлектрик (опционально)

   • Некоторые конструкции включают слой диэлектрика для предотвращения короткого замыкания между электродами.

4. Подложка

   • Подложка служит основой для закрепления неподвижного электрода и обеспечивает механическую поддержку.

Принцип работы

Когда на электроды подаётся напряжение, создаётся сила притяжения, приводящая в движение подвижный электрод. Движение прекращается, как только напряжение снимается или достигается механический упор.

Основным способом реализации электростатических актюаторов являются системы на основе плоскопараллельных конденсаторов. Энергию плоского конденсатора рассчитывают по формуле:

где C – ёмкость, U – напряжение между обкладками конденсатора.

Однако, для генерации значительных сил притяжения необходима высокая ёмкость конденсаторов, что может быть реализовано только увеличением площади взаимодействующих пластин. Такого увеличения площади достигают созданием гребневых микродвигателей, имеющих большое количество встречно стержневых проводящих полос (рис 2). При этом увеличение ёмкости пропорционально количеству стержней, а КПД такого двигателя достигает 50%.

Скорость включения кГц

Максимальная частота ГГц

Хороший коэф. затухания 60дБ

Микрореле — это устройства, использующие электростатические актюаторы для замыкания или размыкания электрических цепей. Они являются миниатюрной версией классических реле и широко применяются в электронике благодаря компактности, быстродействию и низкому энергопотреблению.

Для формирования структур микрореле, в которых перемещения исполнительного механизма составляют единицы микрометров, наиболее подходящими являются мембранные и консольные актюаторы с электростатическим управлением.

Соединение консольного типа	Мембранного
Служат для создания омического контакта. Могут коммутировать как постоянные токи, так и сигналы в СВЧ-диапазоне до 18 ГГц и более. Ресурс таких реле ограничен вследствие износа контактных площадок.	Используется эффект различия ёмкостей во включённом и выключенном состояниях. Преимущество — отсутствие омического контакта; ограничением при их использовании является усталостное разрушение мембранного исполнительного механизма.

Принцип работы микрореле