Харьков 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

До друку і в світ дозволяю.

Перший проректор ХНУРЕ

__________________ В.В. Семенець

“____”____________ 2012 р.

Методичні вказівки

до практичних занять з дисципліни

„ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРОЕЛЕКТРОНІКА”

для студентів всіх форм навчання

галузі знань “Електроніка”

Всі цитати, цифровий, фактичний матеріал та бібліографічні відомості перевірені, написання одиниць відповідає стандартам

ЗАТВЕРДЖЕНО кафедрою МЕПП. Протокол № від .2012 р.

Упорядники:

Бородін О.В. Карнаушенко В.П.

Відповідальний випусковий	Гордієнко Ю.О.
Начальник методичного відділу:	Милютченко І.О.

Начальник КВВ ННВПЦ:

Косіковська Б.П.

Поз.

Харків 2012

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Методичні вказівки

до практичних занять з дисципліни

„ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРОЕЛЕКТРОНІКА”

„ФУНКЦІОНАЛЬНА ЕЛЕКТРОНІКА”

для студентів всіх форм навчання

галузі знань “Електроніка”

Харків 2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплинам

“Функциональная электроника”

“Функциональная микроэлектроника”

для студентов всех форм обучения

области знаний «Электроника»

»

Составитель Бородин А.В.

Утверждено

кафедрой МЭПУ

протокол №

от

Зав. каф. МЭПУ проф. Гордиенко Ю.Е.

Харків 2012

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „ Функціональна електроніка ", „ Функціональна мікроелектроніка " для студентів усіх форм навчання галузі знань «Електроніка»/ Упоряд. :Бородін О.В., Карнаушенко В.П. – Харків: ХНУРЕ, 2012. –с.

Упорядники:	О.В. Бородін В.П. Карнаушенко
Рецензент:	О.Г. Пащенко, канд. техн. наук, доцент каф. МЕЕПП

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ЭЛЕМЕНТЫ АКУСТОЭЛЕКТРОННОГО ТРАКТА УСТРОЙСТВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ 3

2 ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

3.ФИЛЬТРЫ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

4. ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

5 ЭЛЕМЕНТЫ ПАМЯТИ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ДОМЕНАХ

6 резонаторЫ на поверхностных акустических волнах

1 ЭЛЕМЕНТЫ АКУСТОЭЛЕКТРОННОГО ТРАКТА УСТРОЙСТВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

1.1 Цель занятия

Целью занятия является изучение особенностей электрических характеристик, топологии и расчета элементов акустоэлектронного тракта устройств на поверхностных акустических волнах.

1.2 Методические указания по организации самостоятельной работы

При подготовке к занятиям необходимо повторить основные сведения о поверхностных акустических волнах (ПАВ); свойства материалов, используемых для акустического тракта; способах из возбуждения и приема; электрические характеристики и топологию встречно-штыревых преобразователей (ВШП); взаимосвязь между импульсной характеристикой и амплитудно-частотной характеристикой; линии задержки (ЛЗ) с однократной и многократной задержкой; сигналы, получаемые на выходе ЛЗ при входном импульсном сигнале различной длительности; электрическое согласование входного и выходного ВШП; многополосковые ответвители (МПО) и отражательные структуры [1, 2, 3].

Простейшее устройство на ПАВ включает входной (возбуждающий) и выходной (приемный) встречно)штыревые преобразователи (ВШП), расположенные на поверхности пьезоэлектрического звукопровода (рис. 1.1). На рисунке приняты следующие обозначения:

Lc – согласующая индуктивность; R_Г, R_Н – сопротивления генератора и нагрузки, соответственно.

Рисунок 1.1 – Конструкция устройства на ПАВ с подключенным генератором синусоидального сигнала с амплитудой U₀

Р исунок 1.2 – Эквивалентные схемы ВШП: а) – параллельная; б) – последовательная

Эквивалентная схема ВШП включает активную Re{Y_Вх} = G_A(f) и реактивную Im{Y_Вх} ωC_ВПШ составляющие входной проводимости (рис. 1.2,а):

Y_ВХ(ω) ≈ G_А(ω) + jωC_ВШП (1)

Возможно представление эквивалентной схемы ВШП как в виде параллельного соединения проводимости ВШП и источника сигнала (рис. 2,а), так и в виде последовательного соединения активного сопротивления ВШП и источника сигнала (рис. 2,б). Следует отметить, что оба представления эквивалентны.

Однородный преобразователь. В линиях задержки обычно используются однородные преобразователи. Под однородным преобразователем будем понимать ВШП, у которого период и перекрытие соседних электродов неизменны. В этом случае входная проводимость преобразователя может быть определена по соотношению

(2)

где N₂– число пар электродов; C_ВШП – емкость преобразователя, равная

C_ВШП = 0,5W₀C₂N, (3)

где W₀ – апертура электродов; C₂ – емкость пары электродов на единицу их длины (смотри табл. 1.1); N – общее число электродов. Фурье-компонента распределения поверхностного тока на электродах преобразователя

J(ω) = sin(x) / x, (4)

где x = N₂π(ω – ω₀ / ω₀, ω₀ – центральная частота.

Квадрат коэффициента электромеханической связи k²_ЭМ – важная характеристика материала. Его значения приведены в таблице 1.1. Этот параметр материала определяет максимальную величину входной проводимости преобразователя при выбранной его апертуре.

Неоднородный преобразователь В фильтрах трансверсального типа обычно один из преобразователей однородный, а второй неоднородный. Под неоднородным преобразователем будем понимать ВШП, у которого период и перекрытие соседних электродов (апертура) W_k могут меняться. В этом случае выражение для входной проводимости ВШП имеет вид

(5)

Емкость преобразователя в этом случае

(6)

Частотные свойства преобразователя определяет Фурье - компонента распределения поверхностного тока в электродах преобразователя. Распределение поверхностного тока на электродах J(z) является сложной функцией, зависящей как от геометрии самих электродов и их взаимного расположения, так и от параметров акустической волны, распространяющейся под электродами.

Для практических расчетов в большинстве случаев вполне приемлемо использовать модель однородного распределения поверхностного тока. В этом случае (6) имеет вид

(7)

где I_k – ток в k-м электроде (знак I_k с учетом направления, например, плюс для электродов, подключенных к верхней шине и минус – к нижней шине), z_k – координата центра k-го электрода, k = ω / V_ПАВ.

Зная входную проводимость преобразователя, можно рассчитать потери на преобразование встречно-штыревым преобразователем:

(8)

где Y_Г – проводимость генератора (или нагрузки для приемного преобразователя).

Амплитудно)частотная характеристика (АЧХ) A(ω) устройства на ПАВ типа трансверсального фильтра или линии задержки определяется потерями на преобразование на входном – A_ВШП1(ω) и выходном – A_ВШП2(ω) преобразователях и потерями при распространении ПАВ между преобразователями и может быть рассчитана по соотношению

A(ω) = A_ВШП1(ω) + A_ВШП2(ω) + T(ω), дБ, (9)

где T(ω) = 10log10{exp[–α(ω)l]} – потери на распространение ПАВ между преобразователями; α(ω) – постоянная затухания ПАВ на частоте ω; l – расстояние между преобразователями.

Потери при распространении ПАВ в кристалле в основном обусловлены тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Например, для ниобата лития YZ)среза экспериментально измеренная их частотная зависимость хорошо аппроксимируется функцией

(10)

а для кварца ST, X-среза аналогичная зависимость имеет вид

(11)

где ω₁ = 2πf₁; f₁ – частота, равная 1 ГГц (10⁹ Гц).

Потери T(ω) существенны для устройств на ПАВ типа линии задержки, а в фильтрах на ПАВ ими, как правило, можно пренебречь.

Выбор параметров ВШП

Процедура проектирования устройства на ПАВ, не имеющего многополосковых ответвителей и отражательных структур, включает выбор материала звукопровода и расчет (выбор) основных параметров преобразователей.

Исходными данными являются:

центральная частота,

полоса рабочих частот,

время задержки сигнала (для линии задержки),

уровень внеполосного подавления (для фильтра),

материал звукопровода.

Расчет преобразователей включает:

расчет периода следования электродов и их ширины;

расчет числа электродов в ВШП;

расчет апертуры преобразователя;

выбор функции аподизации (для фильтра);

расчет расстояния между входным и выходным ВШП;

расчет согласующих элементов;

выбор толщины электродов ВШП;

расчет потерь.

Рассмотрим перечисленные выше этапы подробнее.

Определение периода следования электродов и их ширины. Полупериод следования электродов p (шаг преобразователя) выбирается равным половине длины ПАВ:

, (12)

а ширина электрода d – четверти длины волны.

Определение числа электродов в ВШП. Приближенно число электродов ВШП можно оценить по соотношению

, (13)

где Δf – заданная полоса частот устройства по уровню –3 дБ. Поскольку реальная полоса частот устройства зависит от используемой в ВШП функции аподизации и условий согласования на входе и выходе преобразователя, вычисленное по (13) значение N необходимо уточнить методом подбора с использованием соотношений (2)–(6).

Оптимальное число электродов в ВШП. (Используется в некоторых специальных случаях при проектировании устройств на ПАВ.)

При оптимальном числе электродов NВПШ акустическая добротность преобразователя совпадает с его электрической добротностью. Равенство акустической и электрической добротности соответствует ситуации, когда преобразователь имеет высокую эффективность в максимальной полосе частот. Оптимальное число пар электродов в ВШП зависит от выбранного материала и равно

. (14)

Выбор апертуры преобразователя W₀ проводится из условия согласования ВШП с нагрузкой. Активная часть входной проводимости ВШП на центральной частоте должна быть равна активной части проводимости источника сигнала (генератора или нагрузки), обычно составляющей R_Г = R_Н = 50 Ом. При этом предполагается, что реактивная составляющая входной проводимости будет скомпенсирована элементами согласования, например индуктивностью.

При выборе апертуры ВШП следует исходить из условия:

(15)

Выбирая апертуру преобразователя, необходимо учитывать возможные дифракционные потери, связанные с расходимостью акустического луча. Поэтому апертура электродов ВШП не должна быть меньше значения, определяемого границей зоны Френеля:

(16)

где γ – параметр анизотропии; l – длина пути распространения ПАВ. Например, для ниобата лития YZ-среза γ = –1,083, для кварца ST-среза γ = +0,378.

В случае нарушения условия (12) при расчете ПАВ-устройства необходимо учитывать дифракционную расходимость акустического луча, что является очень непростой задачей, решение которой не гарантирует получение качественных характеристик устройства.

Функция аподизации выбирается исходя из требуемых параметров устройства в частотной области (в частности, внеполосного подавления). Наиболее часто используются функции аподизации в виде функции Хемминга, Тейлора, Гаусса, Кайзера и sin(x)/x. Простейшая весовая функция – функция Хемминга, часто используемая при проектировании ПАВ)устройств, имеет вид

(17)

где z_K = 0,5(V_ПАВ/f₀)K; K – принимает значения от 1 до N.

В отличие от прочих функций аподизации мало меняющих прямоугольность АЧХ фильтра, функция аподизации вида sin(x)/x используется для получения АЧХ с коэффициентами прямоугольности, близкими к 1.

Расчет или выбор расстояния L между входным и выходнымВШП.

В случае линии задержки расстояние между ВШП определяется необходимым временем задержки t_З:

L = t_ЗV_ПАВ. (18)

В случае фильтра расстояние L выбирается исходя из допустимого уровня прямой связи через паразитную емкость между входом и выходом, которая должна давать существенно меньший уровень сигнала на выходе, чем акустическая связь через ВШП, при минимальных габаритах устройства.

Расчет согласующих элементов обычно проводится из условия компенсации статической емкости входного и выходного преобразователей (см. эквивалентную схему рис. 1.1):

1 / (ωL_C) = ωC_ВШП. (19)

где L_C – согласующая индуктивность, схема включения L_C показана на рис. 1.

В тех случаях, когда активная составляющая входной проводимости существенно отличается от проводимости генератора, и необходимо обеспечить низкий уровень отражений от электрической нагрузки, используют трансформаторы импеданса.

Толщина электродов (h_M) ВШП в устройствах типа линии задержки или трансверсального фильтра выбирается исходя из того, чтобы обеспечить низкий уровень отражений ПАВ от электродов при приемлемом уровне сопротивления потерь электродов. При не очень большом числе электродов в ВШП и малом коэффициенте связи это обеспечивается толщиной h_M/λ ~ 0,01. Типичное значение толщины электродов составляет 0,1…0,3 мкм.

Помимо отражений, связанных с механической нагрузкой электрода на поверхность звукопровода, имеют место отражения, связанные с электрической нагрузкой поверхности. Cтруктура поля, а главное – скорость акустической волны зависят от электрических граничных условий на поверхности. Эти отражения пропорциональны разности скоростей на свободной и металлизированной поверхности при h_M → 0 или коэффициенту электромеханической связи k² = 2 ΔV/ V.

В тех случаях, когда выбором толщины электродов проблему отражений решить не удается, используются расщепленные электроды, отражения от которых взаимно компенсируют друг друга. Параметры основных пьезоэлектрических материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1.1 – Параметры основных пьезоэлектрических материалов

Материал	Срез	Скорость ПАВ,м/с	N2,опт	k2m	Wopt / λ0	C2, пФ / м
Ниобат лития	YZ	3488	4	0,048	108	464
Кварц	ST	3158	23	0,0014	46	50

Примечание. Wopt соответствует выполнению условия (15) при числе пар электродов в ВШП, равном N_2,opt.

Многополосковый ответвитель (МПО) представляет собой систему идентичных проводящих электродов, расположенных параллельно волновому фронту ПАВ. Он используется для переизлучения энергии пространственной волны из одного канала в другой.

При выполнении условия синхронизма λ=d МПО ведет себя как отражательная структура, и рабочий диапазон выбирается в пределах 0,4–0,9 центральной частоты f₀.

Рисупок 1.3 – Устройство многополоскового ответви

Полное переизлучение энергии из канала в канал происходит при выполнении условия

|ω/V_а – ω/V_с| L_полн = π,

где V_а – фазовая скорость асимметричной волны;

V_с – фазовая скорость симметричной волны.

После преобразования этого равенства получим

L_полн = V_с V_а / 2f(V_с - V_а).

Считая, что

∆V = V_с - V_а, а ∆V / V = k²/2,

где k² – квадрат коэффициента электромеханической связи, получим

L_полн ≈ λ /k².

С учетом того, что МПО выполняется в виде системы электродов шириной a = d / 2, величину L_полн необходимо увеличить приблизительно в два раза. Это вызвано тем, что приращение фазы за один период МПО равно

θ = ωd / V

и коэффициент электромеханической связи уменьшается в [ sin(θ/2) / θ/2].

Более точное выражение имеет вид

L_полн ≈ (2λ /k² )[(θ/2) / sin(θ/2)]².

Для МПО с полной передачей мощности из канала 1 в канал 2 число электродов в МПО должно быть

N_полн = L_полн / d = (2λ / dk²)[(θ/2) / sin(θ/2)]² ≈

Для МПО делителя мощности между каналом 1 и каналом 2 на две равные части (3 дБ-МПО) число электродов в МПО должно быть

N_3дБ = N_полн / 2.

Реальный диапазон рабочих частот МПО составляет от (0,3…0,9)fc. Типичное значение частоты fc у МПО – f_c =1,3f₀, где f₀ – центральная частота ПАВ-устройства. При этом ширина электродов МПО равна 3/16λ₀, где λ₀ – длина волны на f₀.

МПО в устройствах на ПАВ может выполнять следующие функции:

– смещение потока акустической мощности;

– элемента конструкции полосового фильтра, позволяющего вводить весовую обработку, как в возбуждающий, так и в приемный преобразователи, что улучшает полосовые свойства фильтра (коэффициент прямоугольности, внеполосное подавление и т. д.);

– улучшение полосовых свойств фильтра за счет частотной избирательности самого МПО;

– подавление объемных акустических волн, возбуждаемых преобразователем и приводящих в фильтрах на ПАВ к появлению паразитных откликов на частотных и импульсных характеристиках;

– на основе МПО возможно создание делителей и сумматоров мощности с различными пропорциями;

– уменьшение апертуры акустического луча (увеличение амплитуды ПАВ или плотности мощности ПАВ в кристалле).

Некоторые операции в тракте, осуществляемые МПО (рис. 1.4):

а - акустическая связь между двумя независимыми звукопроводами;

б - раздвоение канала; в - обращение акустической волны

Рисунок 1.4– Применение многополоскового ответвителя

Наиболее подходящими материалами для применения МПО являются материалы с большим коэффициентом электромеханической связи, а тип волны – рэлеевская. Например, для ниобата лития YZ-среза N_C = 130, что вполне приемлемо для практического использования. В отличие от ниобата лития, для такого материала, как кварц, число полосок в МПО составит несколько тысяч. При таком числе полосок существенны эффекты второго порядка. Наиболее существенными эффектами второго порядка являются следующие:

– резистивные потери в металлических полосках;

– переизлучение ПАВ в объемные волны;

– дифракционные потери (потери на расходимость акустического луча).

Наиболее существенным источником потерь из вышеперечисленных является первый. Эффекты второго порядка приводят к деградации частотных характеристик МПО. Поэтому на материалах с низким значением k²_m , таких как кварц, МПО не используются.

Произвести расчет ПАВ-устройства согласно варианту (см. табл. )

1.3 Контрольные вопросы и задания

1. Укажите особенности поверхностных акустических волн.

2. Какие материалы применяются для изготовления устройств на ПАВ?

3. Изобразите встречно-штыревой преобразователь и укажите параметры, которые его характеризуют.

4. Чем определяется частота акустического синхронизма?

5. Из каких условий избирается количество электродов ВШП?

6. Какую конструкцию имеет линия задержки на ПАВ?

7. Изобразите сигнал на выходе ЛЗ на ПАВ при различных длительностях сигнала на входе. Объясните причины появления паразитных сигналов и меры борьбы с ними.

8. Что такое аподизованый преобразователь?

9. Приведите топологию полосового фильтра на ПАВ с прямоугольной АЧХ.

10. Охарактеризуйте принцип действия, топологию и применение отражательных структур на ПАВ.

11. Охарактеризуйте принцип действия, топологию и применение многополоскового ответвителя (МПО).

12. Изобразите импульсный отклик фильтра с прямоугольной АЧХ.

13. Какие паразитные эффекты сопутствуют работе устройств на ПАВ? Как их устраняют?

14. Какие конструкции используются для узкополосных фильтров на ПАВ?

15. Что такое дисперсионная линия задержки на ПАВ? Приведите ее топологию, импульсный отклик, основные электрические параметры и области применения.

16. Укажите области эффективного применения устройств на ПАВ.

17. Рассчитать элемент акустоэлектронного тракта, топологию и С_ВХ, R_ВХ устройства на ПАВ согласно варианту.

Таблица 1.1 – Данные для расчета

Исходные	Вариант
данные	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Устройство1)	1	2	1	3	1	2	1	2	1	3	1	2	1	3	1
Материал2)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	1	2	3	4
f0, МГц	36	40	50	70	60	100	90	120	100	300	150	150	200	250	300
Q	30				40				100				200
f3, МГц			0,5				1				2				20
Тзад, мкс		20				30		40				50
u, мкс		5				10		40				2

Примечание: 1) Устройство: 1 – полосовой фильтр; 2 – линия задержки; 3 – многополосковый ответвитель;

2) Материал выбирается согласно таблицам параметров материалов.

Расчет должен содержать топологию устройства на ПАВ с указанием геометрических размеров; рисунки АЧХ, импульсных откликов; эквивалентные электрические схемы ВШП с указанием номиналов на эквивалентной схеме; выводы.

Таблица 1.2 – Свойства монокристаллических пьезоэлектриков

Материал	Ориентация	Ско-рость волны, км/с	Изме-нение скоро-сти, %	Коэффициент электромеханической связи, %	Оптималь- ная по- лоса	Относи- тельная диэлек- трическая проницае мость	Удель-ная емкость пары электро дов, пФ/м	ТКС, 10-6	ТКЗ, 10-6
Кварц Ниобит лития Танталат лития Германат висмута	YX yxl/4245 yxl/-20 YZ XZ 41,5, X ZY YZ YX (001) 110 (111) 110	3,159 3,158 3,201 3,488 3,483 4,000 3,329 3,230 3,148 1,681 1,708	0,09 0,058 0,12 2,41 2,51 2,77 0,59 0,33 0,037 0,68 0,82	0,23 0,16 0,24 5,04 4,8 5,78 1,21 0,68 0,075 1,4 1,69	5,3 4,6 5,6 24 24 28 11 9,5 3,2 14,5 15,0	4,52 4,55 4,53 50,2 _ 67,2 47,9 47,9 51 43,6 43,6	50 50 50 464 _ 619 669 669 471 404 404	38 14 _ -87 _ -57 -52 -31 -33 _ -123	-24 0 -35 94 93 72 69 35 49 115 115

Таблица 1.3 – Свойства поликристаллических пьезоэлектриков

Марка керамики	Скорость ,км/с	Коэффициент электромеха- нической свя- зи	Потери , дБ/ , на частоте f,МГц	Относитель- ная диэлек- трическая прницае-мость	Диэлек- трические потери %	Доброт- ность	ТКЧ,	Разме-ры пор, мкм	Размер криста- лов, мкм
ПКР-8** ЦТС-19 ЦТС+Pb* *( )** ** ЦТС+Jn**( **MnO)**	2,14 2,1 2,34 2,27 3	0,23	- - 6/30 0,05/2 0	1200 1500 7,35 690	0,13 3,5 - -	0,8-1,3 0,5 2,35 -	30 21 17 18	8-15 10-20 1,5 -	6-8 13 3,1 -

2 Линии задержки на поверхностных акустических волнах

2.1 Цель занятия

Целью занятия является изучение особенностей электрических характеристик, топологии и расчета линий задержки на поверхностных акустических волнах.

2.2 Методические указания по организации самостоятельной работы

При подготовке к занятиям необходимо повторить основные сведения о поверхностных акустических волнах (ПАВ); свойства материалов, используемых для акустического тракта; способах из возбуждения и приема; электрические характеристики и топологию встречно-штыревых преобразователей (ВШП); взаимосвязь между импульсной характеристикой и амплитудно-частотной характеристикой; линии задержки (ЛЗ) с однократной и многократной задержкой; сигналы, получаемые на выходе ЛЗ при входном импульсном сигнале различной длительности; электрическое согласование входного и выходного ВШП; многополосковые ответвители (МПО) и отражательные структуры [1, 2, 3]. При изучении ДЛЗ на ПАВ необходимо обратить внимание на основные параметры, реализацию топологий ДЛЗ, импульсный отклик и АЧХ, области применения.

Методические указания по расчету ЛЗ на ПАВ

О бобщенную методику расчета линий задержки можно представить несколькими этапами. Рассмотрим эти этапы применительно к наиболее распространенному типу ЛЗ с прямолинейной траекторией распространения ПАВ (рис.2.1).

Рисунок 2.1 – Линия задержки на ПАВ

Предположим, что материал звукопроводй в континуальной среде выбран из условия обеспечения максимальной температурной стабильности задержки сигнала.

1. Выбор оптимального числа электродов N_opt во входном и выходном ВШП:

2.Определение полосы частот оптимального согласования:

З. Выбор шага преобразователя производим из соотношения:

где V - скорость звука в континуальной среде.

4.Определение ширины электродов обычно производится из соотношения:

5. Определение минимального значения апертуры преобразования с учетом дифракционных искажений производится из соотношения:

где T - время задержки сигнала.

Максимальное значение апертуры ограничивается конечной шириной звукопровода:

W= W_max.

6. Определение длины звукопровода между входным и выходным преобразователем производим из соотношения:

L=TV

7. Определение сопротивления излучения преобразователя из выражения:

где C_у-удельная емкость на единицу длины перекрытия электродов, ω₀ - круговая частота, f₀=2πω₀

8. Определение степени рассогласования p в линии как отношения:

где R_H - сопротивление нагрузки (или генератора).

9. Расчет коэффициентов отражения ПАВ (В₁₁), прохождения (В₂₁) и поглощения (B₃₁) из соотношений (*)

10. Для каждого пьезоматериала существует оптимальное число N₀ пар электродов ВШП, при котором добротности электрическая (добротность излучения) и акустическая совпадают ( - коэффициент электромеханической связи звукопровода, f₀ - центральная частота и Δf - полоса пропускания ).

Определение соотношения между электрической Q_Э и акустической Q_a добротностями из соотношени я

.

11. Определение ухода времени задержки ΔT в диапазоне Δt°=10°C из соотношения: ΔT=Tα_tΔt°. Расчеты произвести, выбирая значения необходимых величин из таблицы.

Значения: f₀= 10³–10⁷ Гц; R_H = 10²–10³ Ом.

2.3 Контрольные вопросы и задание

1. Рассчитать элемент акустоэлектронного тракта, топологию и С_ВХ, R_ВХ устройства на ПАВ согласно варианту.

Таблица 1.1 – Данные для расчета

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Устройство1)	1	2	1	3	5	4	1	2	1	3	1	2	5	3	1
Материал2)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	1	2	3	4
f0, МГц	36	40	50	70	60	100	90	120	100	300	150	150	200	250	300
Q	30				40				100				200
f3, МГц			0,5				1				2				20
Тзад, мкс		10				30		20				50
u, мкс		5				10		40				2

1. Устройство: 1 – полосовой фильтр; 2 – линия задержки; 3 – многополосковый ответвитель; 4 – ДЛЗ; 5 – резонатор.

2. Материал выбирается согласно таблицам параметров материалов.

Расчет линии задержки

Исходные данные:

центральная частота f₀;

полоса рабочих частот _Δf;

время задержки сигнала t_З;

материал звукопровода ;

возбуждающий (ВШП)1) и приемный (ВШП)2) преобразователи эквивалентны.

Определить:

период следования электродов, h мкм;

ширину одного электрода, d мкм;

апертуру электродов ВШП, W мм;

число электродов в одном ВШП, N_эл;

расстояние между центрами входного и выходного преобразователей L, мм;

потери в линии задержки на частотах, дБ: f₀, f₀–_Δf/2, f₀+_Δf/2.

Расчет должен содержать топологию устройства на ПАВ с указанием геометрических размеров; рисунки АЧХ, импульсных откликов; эквивалентные электрические схемы ВШП с указанием номиналов на эквивалентной схеме; выводы.

2. Какие материалы применяются для изготовления устройств на ПАВ?

3. Какую конструкцию имеет линия задержки на ПАВ?

4. Изобразите сигнал на выходе ЛЗ на ПАВ при различных длительностях сигнала на входе.

5. От каких факторов зависит апертура ВШП?

6. Каким образом можно менять сопротивление излучения преобразователя R_A(ω)?

7. Чем определяется количество пар электродов?

8. Объясните причины появления паразитных сигналов и меры борьбы с ними.