|
Структура электрического поля, создаваемого преобразователем |
Рис.4,б. Двухфазный преобразователь (встречно-штыревой):
1-подложка пьезоэлектрика; 2-первый металлический электрод;
3-второй металлический электрод
Акустоэлектронные устройства выполняются как из одного пьезодиэлектрического материала, так и из комбинации материалов (по принципу звуковода с пьезодиэлектрической пленкой). Металлические электроды решетки при этом формируются на поверхности подложки (звуковода) с последующим покрытием их пьезодиэлектрической пленкой. Так как встречно-штыревые преобразователи (фазовые решетки) обладают собственной емкостью, то эффективного преобразования необходимо согласовывать входной преобразователь с генератором, а выходной –с нагрузкой. Этого достигают либо правильным выбором длины электродов-преобразователей, либо при помощи специальных согласующих устройств, чаще всего индуктивных с параллельной или последовательной схемой подключения.
Изготавливают устройства на ПАВ в настоящее время по тонкопленочной технологии: в основном это линии задержки на ПАВ, полосовые фильтры, усилители ПАВ.
2. Линии задержки ПАВ
Простейшая конструкция ультразвуковой линии задержки (УЛЗ) состоит из подложки (звукопровода) и двух преобразователей для возбуждения и приема сигналов. Время задержки сигнала определяется расстоянием между преобразователями и скоростью распространения ПАВ. Максимальное время задержки одноканальной УЛЗ ограничено размерами кристалла (подложки) и составляет примерно 100 мкс.
На основе ПАВ создают многоотводные УЛЗ (рис.5). На основе таких многоотводных УЛЗ изготавливают фильтры для обработки, кодирования и декодирования сложных радиосигналов.
Рис. 5. Многоотводная УЛЗ: 1-пьезоэлектическая подложка;
2-излучатель ПАВ; 3,4,5-приемники излучения ПАВ
3. Полосовые фильтры на основе ПАВ
Конструкция полосовых фильтров на ПАВ подобна конструкции УЛЗ. Различие здесь только в том, что в фильтрах входной и выходной преобразователи располагают как можно ближе друг к другу. Расстояние между ними определяется допустимым коэффициентом связи через емкость, образованную электродами преобразователей, и диэлектрической проводимостью подложки.
Конструкция преобразователей в значительной степени определяет АЧХ фильтра. Центральная частота фильтра задается условием f0=V/λ, где V-скорость ПАВ, а полоса пропускания и крутизна АЧХ зависят от количества штырей в преобразователях. Обычно АЧХ такого фильтра имеет, кроме основного максимума на частоте f0, еще и дополнительные паразитные максимумы, симметричные f0. Пример АЧХ фильтра на ПАВ приведен на рис.6.
Рис. 6. АЧХ фильтра на ПАВ
С целью уменьшения уровня боковых составляющих применяются преобразователи со сложной формой перекрытия встречных электродов (аподизованные преобразователи). При этом можно изменять и форму АЧХ. Для расширения полосы пропускания фильтра преобразователи делают с переменным периодом решетки, тем самым добиваются требуемой АЧХ фильтра.
4. Усилитель на ПАВ
Вследствие прямого
пьезоэффекта распространение ПАВ в приповерхностной области полупроводникового
пьезокристалла сопровождается продольным электрическим полем. Для усиления ПАВ
необходимо обеспечить взаимодействие переменного электрического поля со
свободными электронами, дрейфующими в пьезокристалле под действием внешнего
поля (постоянного или импульсного). Скорость дрейфа свободных электронов V0 близка к скорости
распространения волны ПАВ 
(см. рис. 7, 8).
В той части кристалла, где
вектор напряженности электрического поля 
совпадает
по направлению с вектором 
поле для электронов тормозящее; там, где противоположен , поле ускоряет
движение электронов.
Рис. 7
Рис. 8
Если V0=V,
то электроны группируются в сгустки в тех участках, где 
,
и обмена энергией между электронами и переменным полем не происходит (рис. 8,
а).
Если V0 >V, то сгустки электронов находятся в тормозящем поле волны (рис. 8, б). При этом энергия электронов переходит к волне и происходит ее усиление.
Если V0 <V, то сгустки электронов находятся в ускоряющем поле, и энергия волны переходит к ним. Таким образом, амплитуда волны падает (рис. 8, в).
Необходимая скорость дрейфа электронов в полупроводниковом пьезокристалле с известной подвижностью электронов μn обеспечивается соответствующим напряжением источника внешнего смещения U0 и длиной звукопровода, к которому оно приложено: V0=μnU0/L, где L –длине звукопровода, т.е. V0=μnE.
Существует несколько конструкций усилителей ПАВ. Наиболее перспективным является интегральный усилитель со слоистой структурой (см. рис. 9).
|
Рис. 9. |
Усилитель ПАВ со слоистой структурой: 1-пленка высокоомного пьезодиэлектрика (ZnO или N3Al); 2-полупроводниковая пленка; 3-подложка из монокристаллического диэлектрика (сапфир) |
Сапфирная подложка позволяет рассеивать большую мощность усилителей ПАВ.
Усилители ПАВ работают в диапазоне частот от десятков мегагерц до единиц гигагерц. Они имеют прочную конструкцию, высокую надежность. Однако в настоящее время эти усилители широкого применения не нашли вследствие большого уровня шумов и малого динамического диапазона коэффициента усиления.
Правила выполнения лабораторных работ
Подготовленность к лабораторной работе предполагает, прежде всего, знание соответствующего теоретического материала. Необходимо также знать, в какой последовательности следует выполнять измерения.
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила техники безопасности и внутреннего распорядка. На время перерывов и по окончании работы необходимо выключать все питающие напряжения.
Студент имеет право приступить к лабораторной работе, только получив допуск преподавателя. Результаты измерений заносят в рабочую тетрадь, которую проверяет преподаватель.
Отчет о проделанной работе должен содержать краткое содержание работы, блок-схему измерений, таблицы экспериментальных данных, графические построения (только на миллиметровой бумаге) и вывод по работе. К отчету прилагаются результаты измерений с подписью преподавателя.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
|
Лабораторная работа № 1. Изучение классификационных признаков и системы условных обозначений интегральных микросхем |
3 |
|
Лабораторная работа № 2. Изучение конструкций и методов изготовления различных типов микросхем |
5 |
|
Лабораторная работа № 3. Исследование полосового фильтра-линии задержки на поверхностных акустических волнах |
9 |
|
Приложение. Основные свойства поверхностных акустических волн |
12 |
|
Конструкция и технология изготовления устройств на поверхностных акустических волнах |
13 |
|
Правила выполнения лабораторных работ |
18 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.