Цепи нейтрализации статической емкости преобразователей

Входная проводимость ВШП определяется в большей степени статической емкостью преобразователя, которая шунтирует его вход и снижает эффективность работы. Поэтому часто требуется скомпенсировать влияние статической емкости. Наиболее просто это достигается подключением внешней индуктивности последовательно или параллельно электрическому входу ВШП.

Рисунок 11 - Способы нейтрализации входной статической емкости пьезопреобразователей, где L – внешняя индуктивность; g и r – проводимость и сопротивление потерь; -резонансная частота цепи нейтрализации статической емкости преобразователя.

Резонансная частота получающегося при этом параллельного или последовательного контура, образованного внешней индуктивностью и статической емкостью преобразователя, выбирается равной частоте акустоэлектрического синхронизма.

Выражение для входной проводимости ВШП принимает вид:

для параллельного включения внешней индуктивности и

для последовательного подключения.

Последовательное подключение индуктивности применяется при согласовании ВШП с источником, обладающим малым выходным сопротивлением, т.е. близким к генератору напряжения, а параллельное - с источником, обладающим большим выходным сопротивлением, т.е. близким к генератору тока.

Линия задержки на пав и ее эквивалентная схема

Чаще всего линия задержки ПАВ (ЛЗ ПАВ) представляет собой пьезокристаллическую пластину, на поверхности которой наносится (методом напыления в вакууме) два встречно-штыревых преобразователя, служащие для преобразования подводимой к ним электромагнитной энергии в ПАВ и наоборот (см. рисунок 12).

Рисунок 12 - Линия задержки на ПАВ

Название устройств объясняется тем, что прохождение ПАВ как вдоль преобразователей, так и между ними сопровождается значительной задержкой (до 100 мкс).

Для улучшения функциональных характеристик линий задержек ВШП могут быть с переменным периодом электродной решетки (для расширения полосы пропускания).

Для анализа и расчета ЛЗ ПАВ используют эквивалентную схему. Она составлена на основе электрической эквивалентной схемы Мэзона.

Рисунок 13 - Эквивалентная электрическая схема ЛЗ ПАВ.

Входной и выходной преобразователи ЛЗ ПАВ представлены эквивалентными электрическими шестиполюсниками, характеризуемыми матрицами Y-параметров. Пьезоэлектрический звукопровод между входными и выходными преобразователями представлен на схеме электрическим аналогом - отрезком длинной линии с характеристическим сопротивлением Z₀ и длинной l. Отсутствие отражения от краев пьезоподложки учтено тем, что внешние акустические входы преобразователей нагружены на характеристическое сопротивление упругой среды Z₀.

Для эквивалентной схемы ЛЗ ПАВ (рис. 13) с использованием граничных условий на внешних акустических входах:

и связи между внутренними акустическими входами через отрезок длинной линии, можно получить матрицу Y параметров:

где

 - коэф-т, учитывающий в первом приближении потери при распространении ПАВ в пьезозвукопроводе м-у преобразователями из-за затухания и расхождения ПАВ, разюстировки преобразователей и т.д.

Задержка сигнала при распространении ПАВ между преобразователями учитывается в Y₁₂ сомножителем .

Используя данную модель необходимо помнить, что она не учитывает расхождение ПАВ при распространении вдоль ЛЗ и ВШП.

Исходя из полученных Y параметров можно получить выражения для коэффициентов передачи линии задержки по напряжению и току.

Рисунок 14 - Схема подключения генератора и нагрузки к ЛЗ ПАВ

Так, для схемы включения генератора и нагрузки изображенной на рисунке 14, коэффициенты передачи по напряжению и току с первого входа ЛЗ на ее второй вход имеют вид:

В ЛЗ на ПАВ имеются отражения от входного и выходного ВШП, что приводит к искажениям амплитудных и фазовых характеристик. Для уменьшения этих искажений применяют низкоомную нагрузку и источник с малым внутренним сопротивлением . В этом случае режим работы преобразователей близок короткому замыканию и при этом ПАВ не отражаются от преобразователей.

Для передачи максимальной мощности через ЛЗ ПАВ очевидны требования согласования генератора и нагрузки с входным и выходным сопротивлением ЛЗ ПАВ.

В первом случае от генератора во входной преобразователь ЛЗ ПАВ передается максимальная мощность сигнала, во втором – в нагрузку передается максимальная мощность, выделяемая приходящей на выходной преобразователь поверхностной акустической волной.

Условие согласования генератора и нагрузки имеет следующий вид:

Yн=(Y₂₂ – Y²₁₂/(1/z_r+Y₁₁))

Рисунок 15 - Линия задержки на ПАВ с разъюстированным преобразователем.

На рис. 15 показана ЛЗ ПАВ, у которой один из преобразователей повернут относительно другого на некоторый угол . Мощность основного сигнала Р_осн при малых падает незначительно. Это уменьшение можно характеризовать величиной , равной

W – апертура излучателя и приемника (длинна полосок ВШП).