تعیین ولتاژPULL-IN یک میکروفن خازنی دایروی یک طرفه به روش تحلیلی و اجزاء محدود

در این مقاله به بررسی ولتاژPull-inاستاتیکی )حد نهایی ولتاژ برای پایداری( در یک میکروفن خازنی ، به صورت تحلیلی و همچنین شبیه سازی و صحه گذاری آن به روش اجزاء محدود پرداخته میشود. میکروفن ها یکی از مهمترین حسگرها در سیستمهای میکروالکترومکانیکیMEMS(هستند که شناسایی رفتار و تعیین ناحیه های پایداری برای آنها میتواند در تعیین حساسیت و بازه کاربردشان نقش مؤثری ایفا کند.در برخورد با ادوات الکترومکانیکی، به دلیل کوپلینگ نیروی الکتریکی و مکانیکی، آگاهی از ناحیه ی پایداری یعنی ناحیه ای که نیروی مکانیکی توانایی غلبه بر نیروی الکتریکی را داشته باشد و المان محرک مثلآ میکروورق را در وضعیت پایداری نگه دارد، بسیار ضروری می باشد. بنابراین یک حد نهایی برای ولتاژ اعمالی به سیستم های الکترومکانیکی در حالت استاتیکی وجود دارد که به ولتاژPull-inاستاتیکی معروف است. در این مقاله ابتدا با نوشتن معادلات غیرخطی ون کارمن برای یکمیکروورق دایروی همسانگرد تحت بار الکترواستاتیکی که در یک مکروفن یک طرفه کاربرد دارد، دو معادله ی دیفرانسیل جزئی غیرخطی مربوط به خیز و شرط سازگاری ورق بدست می آید. سپس با استفاده از روش گلرکین معادلات به یک رابطه ی غیرخطی مابینولتاژ اعمال شده و خیز دیافراگم در مرکز آن کاهش می یابد. در ادامه با اختیار کردن مقادیر ابعاد و خواص فیزیکی از یک میکروفن MEMSفرضی، بیشترین ولتاژ ورودی یا ولتاژPull-inمحاسبه می گردد.همچنین به منظورصحه گذاری حل تحلیلی، مدل دیافراگم دایروی میکروفن تحت نیروی الکترواستاتیکی توسط برنامه ای که در نرم افزارANSYS نوشته شده است مورد تحلیل المان محدود قرارگرفته می شود که دارای تطابق مناسبی با نتایج حل تحلیلی می باشد