Інфрачервоне прослуховуючий пристрій. Що таке наноелектроніка і як вона працює Як називаються пристрої для прослуховування

Наноелектроніка - область сучасної електроніки, що займається розробкою фізичних і технологічних основсозданія інтегральних електронних схемі пристроїв на їх основі з розмірами елементів менше 100 нм.

Основне завдання наноелектроніки полягає в розробці нових електронних пристроїв зі сверхмалимі розмірами, створенні методів їх отримання і об'єднання в інтегральні схеми. Наукові дослідження та технологічні розробки в наноелектроніки спираються на передові знання в області електроніки, механіки, матеріалознавства, фізики, хімії, біології та медицині. І об'єднує їх об'єкт досліджень - структури з понад малим і розмірами і незвичайними для «великого» світу властивостями. основною тенденцією розвитку всієї електроніки в цілому є мініатюризація, або зменшення маси і розмірів електронних приладів і пристроїв. Послідовні технологічні переходи від електротехнічних компонентів - до електронним лампам, Від ламп - до транзисторів, від транзисторів - до інтегральних схемдозволили створити сучасні мобільні телефони, Кишенькові комп'ютери, індивідуальні медичні апарати і багато інших продуктів електроніки, що міцно ввійшли в життя сучасної людини.

Термін «наноелектроніка» нерозривно пов'язаний з терміном «мікроелектроніка» і відображає перехід сучасної напівпровідникової електроніки з характерними розмірами в мікронною і субмикронной області до елементів з розміром в нанометровій області. принципово нова особливістьнаноелектроніки пов'язана з тим, що в елементах таких розмірів починають переважати квантові ефекти, тобто в наноелементів розглядаються вже не електрони, як частинки переносять заряд, а їх хвильові функції. Вони і визначають специфічні електронні, оптичні, магнітні, хімічні, біохімічні та інші властивості матеріалів і виробів. Як правило, наноелектронних елемент складається з набору квантових ям і потенційних бар'єрів, і його енергетична діаграма істотно змінюється з додаванням лише одного електрона. Мала інерційність електронів дозволяє ефективно використовувати їх взаємодія з мікрополями всередині атома, молекули, кристалічної решітки для створення приладів і пристроїв нового покоління, в яких ця взаємодія використовується для передачі, обробки та зберігання інформації. Єдиним стримуючим фактором розвитку наноелектроніки на сьогоднішній день є недостатньо досконалі технології. Розвиток науки відбувається стрімко, винаходи з'являються з дивовижною швидкістю, так що майбутнє обіцяє нові досягнення на основі нових принципів роботи на рівні окремих атомів.

Тим, що інформація може мати дуже високу цінність сьогодні вже нікого не здивуєш. Але якщо раніше реально побоюватися витоку інформації міг лише обмежене колоосіб, то сьогодні з цим може зіткнутися практично кожен. Перше, що зазвичай приходить на розум, це радіомікрофони. Вони широко поширені, тому що зібрати "жучок" за описом в радіоаматорського літературі зовсім нескладно. Автору навіть відомий випадок успішної здачі іспитів студентами за допомогою радіомікрофона. Однак виявити такі радіомікрофони можна без особливих зусиль, варто лише зібрати нескладний детектор поля.

Разом з тим існує інший спосіб зняття інформації. Відомо, що звукові хвилі в приміщенні викликають мікровібрації шибок. Якщо направити на скло ІК-потік, то більша його частина пройде через скло всередину, проте буде і відображення. При цьому відбитий потік виявиться промодулірованним мовною інформацією. Для того щоб оцінити реальні можливості викрадення інформації таким шляхом і знайти ефективний спосібпротидії, автором була розроблена експериментальна схема прослуховувального пристрою. Воно стоїть з двох відносно незалежних частин: ІК-передавача і ІК-приймача.

Принципова схемаІК-передавача показана на малюнку 1. Основу передавача становить генератор прямокутних імпульсів на мікросхемі D1. Вихідний сигнал генератора з частотою 35 кГц надходить на базу транзистора VT1, який спільно з VT2 утворює складовою транзистор Дарлінгтона. За допомогою цього транзистора комутується інфрачервоний світлодіод VD1.

Puc.1

Відбитий сигнал надходить на вхід приймача, схема якого показана на малюнку 2.

Puc.2

налагодженняправильно зібраної схеми зводиться до підстроювання частоти передавача резистором R1 до отримання на виході приймача максимальної амплітуди сигналу.

ОУ К1401УД4 не має прямої заміни серед вітчизняних мікросхем, але замість А1.1 і А1.2 можна застосувати будь-які ОУ з польовими транзисторамина вході і частотою одиничного підсилення не менше 2,5 МГц. А1.3 можна замінити на будь-який ОУ широкого застосування. Автор перевіряв такий варіант: КР574УД2Б і К140УД708. Помітно підвищити характеристики приймача можна якщо застосувати малошумливі ОУ TLE2074CN і TLE2144CN фірми Texas Instruments. Цокольовка цих мікросхем повністю збігається з цоколевкой К1401УД4. Світлодіод і фотодіод можна взяти зарубіжного виробництва для систем дистанційного керування

В авторському варіанті схема з К1401УД4 забезпечувала впевнений знімання інформації з відстані 5-10 метрів, варіант з TLE2074CN забезпечував знімання інформації з відстані до 15-20 метрів, крім того цей варіант в силу більш низького рівня шумів дозволяв впевнено розбирати тихі слова навіть на тлі гучної музики.

Чутливість пристрою можна підвищити додатковими ІК-світлодіодами, включеними паралельно VD1 передавача (через свої обмежувальні резистори). Можна також збільшити коефіцієнт посилення приймача додавши каскад, аналогічний каскаду на А1.2, для цього можна використовувати вільний ОУ мікросхеми А1.

Конструктивно світлодіод і фотодіод розташовані так, щоб виключити пряме попадання ІК-випромінювання світлодіода на фотодіод, але впевнено приймати відбите випромінювання. Не виключено застосування оптичних систем, наприклад таких як в Л.2. Харчування приймача здійснюється від двох батарей типу "Крона", передавач харчується від чотирьох елементів типу R20 сумарним напругою 6В (1,5 В кожний).

На закінчення слід нагадати, що використання цього пристрою в деяких випадках заборонено законодавством РФ і може привести до адміністративної або кримінальної відповідальності.

Наноелектронні прилади та пристрої створюються за допомогою методів нанотехнології. Під нанотехнологией мається на увазі сукупність технологій, процесів і методик, заснованих на маніпуляціях з окремими атомами і молекулами з метою отримання нових матеріалів, приладів і пристроїв. Нанотехнологія може використовуватися в електроніці, матеріалознавстві, хімії, механіки, біомедицині та інших областях науки і техніки. А атомної та квантової фізики характерною одиницею довжини прийнято вважати величину 1 А або 10 -10 м., Даний вибір обумовлений тим, що ангстрем відповідає діаметру самого маленького з атомів - атома водню. Діаметри інших атомів можуть лише трохи перевищувати 2 А. Нанометр в 10 разів більше.

Область нанодіапазоні від 1 нм до 100 нм. У живій природі, що складається так само, як і нежива матерія, з атомів, молекули протеїну і ліпідів мають розміри до 10 нм. Масштаб рибосом і вірусів лежить в межах 100 нм. Наприклад, один з продуктів нанотехнології - нанотрубки, а також елементи надвеликих інтегрованих схем теж мають розміри ~ 100 нм. Саме це дає надію на успішне поєднання технологій живих і неживих систем, створення мікромініатюрних пристроїв, ліків. Слід зазначити, що зі зростанням продуктивності мікрочіпів вони стають дешевшими і споживають менше енергії в порівнянні з чіпами попереднього покоління.

Мал. 5.

У міру наближення розмірів твердотільних структур до нанометровій області все більше проявляються квантові властивості електрона. У його поведінці переважаючими стають хвильові закономірності, характерні для квантових частинок. З одного боку, це призводить до порушення працездатності класичних транзисторів, що використовують закономірності поведінки електрона як класичної частки, а з іншого - відкриває перспективи створення нових унікальних перемикаючих, запам'ятовуючих і підсилюючих елементів для інформаційних систем. Це і є основні об'єкти досліджень і розробок нової області електроніки - наноелектроніки.

Розроблені за останні роки наноелектронні елементи по своїй мініатюрності, швидкодії і споживаної потужності складають серйозну конкуренцію традиційним напівпровідникових транзисторіві інтегральних мікросхем на їх основі як головних елементів інформаційних систем. Уже сьогодні техніка впритул наблизилася до теоретичної можливості запам'ятовувати і передавати 1 біт інформації (0 та 1) за допомогою одного електрона, локалізація якого в просторі може бути задана одним атомом. Чекає практичного вирішення і ідея аналогічних однофотонних елементів.

Широке застосування одноелектронних і однофотонних елементів для створення інформаційних систем поки стримується недостатньою їх вивченістю, а головне, відсутністю зручних для масового виробництва технологій, що дозволяють конструювати необхідні структури з окремих атомів. Такі можливості існують тільки в дослідницьких лабораторіях. Однак сучасні темпи розвитку електроніки дозволяють впевнено прогнозувати промислове освоєння нанотехнології, а разом з нею і наноелектроніки вже на початку XXI століття.

В основі приладів наноелектроніки лежать хвильові властивості електрона і пов'язані з цим інші фізичні явища і ефекти. Рух електрона і пов'язаної з ним хвилі де Бройля в нанорозмірних твердотільних структурах визначається ефектами, споряженнимі з квантовим обмеженням, інтерференцією і можливістю тунелювання через потенційні бар'єри. І ці ефекти будуть вносити тим більший внесок в електричні процеси в елементі, чим менше його розмір. Коли ж розмір елемента зрівняється з довжиною хвилі електрона, ці ефекти стануть переважаючими.

На даному малюнку приведена унікальна фотографія, експериментально підтверджує наявність дебройлевской хвилі. За допомогою тунельного мікроскопа вдалося розсадити 48 атомів заліза на поверхні міді. Сформовано «квантовий загін» радіусом 7,1 нм. Хвилі всередині загони представляють собою стоячі хвилі зарядової щільності, відповідні рішенню рівняння Шредінгера. Виникнення або відсутність зображення залежить від положення знову імплантованого атома. Якщо дебройлевскіе хвилі складаються в фазі в процесі конструктивної інтерференції, то зображення з'являється. При деструктивної інтерференції воно зникає. Ця картинка - один з доказів хвильової природи окремого атома або електронів і зовнішніх його орбіт.

Рішення проблем переходу від мікро- до наноелектроніки зовсім не заперечує подальшого шляху розвитку мікроелектроніки. Однак становлення наноелектроніки обіцяє нові наукові досягнення і розробки в області технології в багатьох галузях науки і техніки. Розвиток наукових досліджень наноструктур і нанотехнологій дозволить отримати матеріали і прилади з новими унікальними властивостями і, отже, вирішити ряд актуальних завдань як в області електроніки, так і у всіх інших галузях науки і промисловості. У наносвіті працюватимуть і «старі» ідеї схемотехнической електроніки, в основі яких лежить використання вдосконаленого транзистора. Разом з тим, наносвіт сприяє народженню свіжих ідей, пов'язаних з хвильовими властивостями електрона, з Солітони, як носіями інформаційного сигналу, з новими матеріалами, з новою технологією. Тому і з'являються нові прилади та пристрої наноелектроніки, реалізовані або на абсолютно нових принципах, або на добре забутих методах обробки інформації.

Добрий час доби. Ми продовжуємо наші статті для новачків і до вашої уваги представляємо ще один варіант простого - жучка. Конструкція досить проста і думаю проблеми з нею не виникнуть. Пристрій зібрано навісним монтажем, мікрофон будь електретний, краще підібрати з великою чутливістю. Дане прослуховуючий пристрій забезпечує дальність прийому до 100 метрів. Харчуванням жучка служить літієва таблетка з напругою 3 вольта. Принципова схема жучка:

Розглянемо також діаграма пристрою. Котушка містить 6 витків дроту з діаметром 0,5 мм, мотають її на пасті від звичайної ручки, якщо потрібно живити від крони, потрібно підняти номінал резистора 220 ом до 330 ом. Резистор 4,7 кілоомах регулює струм мікрофона.

Його номінал теж пропорційно залежить від напруги живлення. Після намотування, в котушку вставляють невелику губку і заливають парафіном. Це зроблено для усунення мікрофонного ефекту. Антена - шматок ізольованого проводу довжиною 20 сантиметрів, можна і більше.

Налаштування роблять наступним чином - включають радіоприймач на частоту 93 мегагерц і крутять змінний конденсаторз ємністю 33 пикофарад, що стоїть в коливальному контурі генератора. Крутимо повільно, поки не почуємо писк в динаміці радіоприймача. Далі залишаємо жук в спокої і настройку робимо від приймача знижуючи частоту до 91 мегагерц якщо сигнал починає губитися, то частоту піднімаємо до 95 поки не вловив частоту жучка. Якщо чутні спотворення в розмові, то знижуємо ємність конденсатора тисячі пикофарад і на його місце ставимо конденсатор 220 пикофарад.

Готове пристрій ставимо в зручний корпус. Антену можна накрутити на пальчиковую батарейку, Так щоб вона прийняла форму пружини і заховати її всередині корпусу з жучком. Струм споживання жучка в пределаx 5 міліампер. Прослуховувальний пристроєм можна користуватися. Схему надіслав - АКА.

Обговорити статтю прослуховуючих пристроїв

Область електроніки, що займається розробкою технологічних і фізичних основ побудови інтегральних електронних схем з розмірами елементів менше 100 нанометрів, називається наноелектронікою. Сам термін «наноелектроніка» відображає перехід від мікроелектроніки сучасних напівпровідників, де розміри елементів вимірюються одиницями мікрометрів, до більш дрібних елементів - з розмірами в десятки нанометрів.

Кожен з нас щодня користується електронікою, і напевно багато людей вже помічають деякі однозначні тенденції. Пам'ять в комп'ютерах збільшується, процесори стають продуктивнішими, розміри пристроїв зменшується. З чим це пов'язано?

В першу чергу - зі зміною фізичних розмірів елементів мікросхем, з яких все електронні пристроїпо суті і будуються. Хоч фізика процесів залишається на сьогоднішній день приблизно такий же, розміри пристроїв стають все менше і менше. Великий напівпровідниковий прилад працює повільніше і споживає більше енергії, а нанотранзистори - і працює швидше, і енергії споживає менше.

Сучасні нанотехнології на відео:

Відомо, що всі речові тіла складаються з атомів. І чому б електроніки не досягти атомного масштабу? Ця нова галузь електроніки дозволить вирішувати такі завдання, які просто принципово неможливо вирішити.

Великий інтерес викликає зараз графен і подібні йому моношарова матеріали (дивіться статтю -). Такі матеріали в один атом товщиною володіють чудовими властивостями, які можна комбінувати для створення різних електронних схем.

Наприклад технології пов'язані з зондової мікроскопії дозволяють будувати на поверхні провідника в надвисокому вакуумі різноманітні структури з окремих атомів, просто переставляючи їх. Чим не основа для створення одноатомних електронних пристроїв?

Маніпуляції речовиною на молекулярному рівні вже торкнулися багато галузей промисловості, не оминули вони і електроніку. мікропроцесори і інтегральні мікросхемибудуються саме так. Провідні країни вкладаються в подальший розвиток даного технологічного шляху - щоб перехід на наноуровень відбувався швидше, ширше, і вдосконалювався б далі.

Деякі успіхи, до речі вже досягнуті. Intel в 2007 році заявила, що процесор на базі структурного елементу розміром в 45 нм розроблений (представили VIA Nano) і наступним кроком буде досягти 5 нм. IBM збираються добитися 9 нм завдяки графену.