Terminės difuzijos proceso tyrimas, tranzistorių ekvivalentinių grandinių schemų sudarymas ir akustoelektroninio įtaiso projekta

 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS Elektroninių sistemų katedra Elektronikos įtaisų kursinis projektas Terminės difuzijos proceso tyrimas, tranzistorių ekvivalentinių grandinių schemų sudarymas ir akustoelektroninio įtaiso projektavimas Vilnius 2011 Turinys: Įvadas................................................................................................................................................3 1. Difuzijos proceso tyrimas.......................................................................................................4 1.1 Priemaišų pasiskirstymas, kai difuzija vyksta iš begalinio šaltinio.............................4 1.2 Difuzinio srauto tankio ir legiravimo dozės kitimas laike, kai difuzijos šaltinis begalinis..............................................................................................................................6 1.3 Priemaišų pasiskirstymas, kai difuzijos šaltinis ribotas...............................................7 1.4 Priemaišų įvedimo ir perskirstymo temperatūrų įtaka pn sandūros gyliui..................9 2. Dvipolio tranzistoriaus parametrų skaičiavimas ir ekvivalentinės schemos sudarymas...........................................................................................................................11 2.1 Rasti dvipolio tranzistoriaus h parametrus....................................................................11 2.2 Sudaryti tranzistoriaus Π pavidalo ekvivalentinės grandinės schemą, rasti jos elementų parametrus.....................................................................................................16 2.3 Apskaičiuoti išėjimo srovės kintamąją dedamąją, kai kintamoji įėjimo įtampa yra 87 mV.....................................................................................................................18 2.4 Rasti žemo dažnio įtampos stiprinimo koeficienta, kai apkrovos varža lygi 461 Ω.....18 3. Lauko tranzistoriaus parametrų skaičiavimas ir ekvivalentinės schemos sudarymas...........................................................................................................................19 3.1 Nubraižyti lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikas, kai UDS =6, 8, 10 V.. .....19 3.2 Apskaičiuoti lauko tranzistoriaus parametrus duotajame darbo taške .........................20 3.3 Sudaryti lauko tranzistoriaus ekvivalentinės grandinės schemą ..................................21 3.4 Apskaičiuoti fT kai C11 = 5 pF , C11 =11 pF ................................................................23 3.5 Apskaičiuoti kintamąją išėjimo srovės dedamąją, kai kintamosios įtampos amplitudė yra 93 mV ....................................................................................................24 3.6 Rasti žemų dažnių įtampos stiprinimo koeficientą, kai apkrovos varža lygi 652 Ω.....24 4. Akustinės elektronikos įtaiso projektavimas .....................................................................25 4.1Paviršinio akustinių bangų juostinio filtro skaičiavimai ..............................................26 4.2. PAB juostinio filtro dažninė amplitudės charakteristika…………………………...29 Išvados ..............................................................................................................................33 5. Literatūra ..............................................................................................................................33 ĮVADAS Elektronika – tai mokslo ir technikos šaka, tirianti ir praktiškai naudojanti reiškinius, kurie vyksta judant krūvininkams įvairioje aplinkoje. XXa. šeštojo dešimtmečio pabaigoje susiformavo nauja elektronikos šaka – mikroelektronika, tirianti, kurianti ir gaminanti kompaktiškas, patikimas ir ekonomiškas integrines mikroschemas. Pastaruoju metu elektroninė aparatūra plačiai taikoma visose žmogaus veiklos srityse. Ji tampa vis sudėtingesnė, atlieka vis įvairesnes funkcijas. Sukūrus planarinę diskretinių tranzistorių gamybos technologiją, atsirado galimybės realizuoti grupinius tranzistorių gamybos metodus – apdorojant vieną puslaidininkinę plokštelę, gaminti didelį tranzistorių skaičių. Be to susidarė prielaidos sukurti puslaidininkinę integralinę schemą (IS). Integracinės schemos – konstrukcinės, technologinės ir mokslinės bei techninės integracijos rezultatas. Integracija – tai dalių, elementų jungimas į visumą. Konstrukcinė integracija pasireiškia tuo, kad visi elektrinės schemos elementai integralinėje schemoje sudaro nedalomą visumą. Technologinės integracijos esmę sudaro tai, kad integralinių schemų gamyboje taikomi grupiniai gamybos metodai. Pagaliau mokslinė bei techninė integracija pasireiškia tuo, kad integracinių schemų gamyboje taikomi naujausi fizikos, chemijos, metalurgijos, metrologijos bei kitų mokslo ir technikos šakų laimėjimai. Viena kone svarbiausių radioelektroninės aparatūros grandžių yra filtrai. Pastaruoju metu vis labiau populiarėja paviršinių akustinių bangų (PAB) filtrai. PAB filtrai įgijo pripažinimą dėl jų gerų selektyviųjų savybių bei mažų gabaritų, kas ypač svarbu taikant juos integriniuose grandynuose. Šiame darbe atliksiu terminės difuzijos proceso tyrimą, dvipolio tranzistoriaus parametrų skaičiavimą ir ekvivalentinės grandinės schemos sudarymą, lauko tranzistoriaus parametrų skaičiavimą ir ekvivalentinės grandinės schemos sudarymą, PAB filtro projektavimą, reikalingus skaičiavimus. 1. TERMINĖS DIFUZIJOS PROCESO TYRIMAS Difuzija vadinamas kryptingas medžiagos dalelių skverbimasis jų tankio mažėjimo link dėl jos dalelių chaotiškojo judėjimo. Gaminant puslaidininkinius įtaisus ir puslaidininkinius integrinius grandynus, difuzijos reiškinys panaudojamas puslai­dininkių legiravimui. Aukštoje temperatūroje difuzijos būdu įterpus į paviršinį puslaidininkio sluoksnį priemaišų, galima pakeisti to sluoksnio laidumo tipą arba sudaryti lokalias kitokio laidumo sritis. 1. 1 Apskaičiuoti ir nubraižyti priemaišų pasiskirstymą po priemaišų įterpimo etapo. 1 lentelė. Pradiniai duomenys. Difuzijos koeficientas (cm2/s) 1·10-13 Proceso trukmė (min) 9; 11; 13 Terminė priemaišų difuzija vyksta dėl difunduojančios medžia­gos – difuzanto – koncentracijos gradiento. Priemaišų atomai aukštoje temperatūroje į kietuosius kūnus gali skverbtis keliais būdais: užimdami vakansijas, prasisprausdami tarp atomų ir pasikeisdami vietomis su gretimais atomais (1pav.). Tikimiausias yra priemaišų skverbimasis per vakancijas. 1 pav. Priemaišos atomų skverbimasis per vakansijas (a), tarpmazgius (b) ir pasikeičiant vietomis su kitais atomais (c) Difuzijos proceso greitį apibūdina difuzijos koeficientas D. ; (1) čia – proporcingumo koeficientas; – difuzijos proceso akty­vacijos energija; – Bolcmano konstanta; – difuzijos proceso temperatūra. Praktikoje pasitaikančias priemaišų difuzijos sąlygas gana gerai atitinka du paprasti teoriniai modeliai: difuzija iš begalinio šaltinio ir difuzija iš riboto šaltinio. Vykstant difuzijai iš begalinio šaltinio, priemaišų koncentracija kristalo paviršiuj nekinta. Kuo didesnis gylis, tuo mažesnė priemaišų koncentracija. Tam tikrame gylyje, kol vyksta difuzija, priemaišų koncentracija didėja. Nuo difuzijos proceso temperatūros ir trukmės priklauso legiravimo dozė – skaičius priemaišos atomų, praėjusių pro vienetinį padėklo paviršiaus plotą per difuzijos laiką. Vykstant difuzijai iš riboto šaltinio, priemaišos atomai pro padėklo paviršių nesiskverbia, ir legiravimo dozė nekinta. Todėl prie padėklo paviršiaus priemaišos koncentracija mažėja, gilumoje-auga. Difuzijos šaltinis yra begalinis ( arba neišsenkantis ), jei priemaišų koncentracija kristalo paviršiuje nekinta – tai yra const, kai ir atsižvelgus į pradinę sąlygą , kai ir , bei ribinę sąlygą , kai ir , gaunamas toks antrosios Fiko diferencialinės lygties sprendinys: ; (2) čia erfc- papildoma paklaidų funkcija, išreiškiama formule: ; (3) Įrašius(3) išraišką į (2), gauname: ; (4) Priemaišos koncentracijos pasiskirstymą lemia difuzijos koeficientas (proceso temperatūra ) ir difuzijos proceso trukmė . Turėdami pradinius duomenis, ir pasinaudodami matematinių sakičiavimų programa Matlab7 gauname tokį priemaišų pasiskirstymą po priemaišų įterpimo etapo: 2 pav. Priemaišų pasiskirstymas, kai difuzija vyksta iš begalinio šaltinio. Išvados: 2 pav. paveiksle matyti, kad, vykstant difuzijai iš neišsenkančio šaltinio, didesniame gylyje priemaišų koncentracija mažesnė. Tam tikrame gylyje, kol vyksta difuzija, priemaišų koncentracija didėja. Jei difuzijos procesas truktų pakankamai ilgai, priemaišų koncentracija bet kuriame gylyje taptų tokia pat kaip paviršiuje. 1.2. Apskaičiuoti ir nubraižyti, kaip priemaišų įterpimo etape kinta priemaišos srauto tankis ir legiravimo dozė. 2 lentelė. Pradiniai duomenys: Difuzijos koeficientas (cm2/s) 1·10-13 Priemaišų koncentracija (1/cm3) 2·1020 Nuo difuzijos proceso temperatūros ir trukmės priklauso ir legiravimo dozė – skaičius priemaišos atomų, perėjusių per vienetinį padėklo paviršiaus plotą per difuzijos laiką . Žinodami , galime rasti difuzijos srauto tankį. Taikydami pirmąjį Fiko dėsnį, galime rašyti: ; (5) Į (5) formulę įrašę priemaišos pasiskirstymo išraišką (2) , gauname: ; (6) Iš (6) formulės galima nustatyti kaip priemaišų įterpimo etape kinta priemaišos srauto tankis: 3 pav. J(t)- difuzinio srauto tankio priklausomybė nuo t Suintegravę priemaišos atomų srautą per vienetinio ploto padėklo paviršių, gauname legiravimo dozę: ; (7) Iš (7) formulės nubraižome legiravimo dozės kitimą: 4 pav. Q(t)- legiravimo dozės priklausomybė nuo t Išvados: Iš gautų priemaišų legiravimo dozės Q ir priemaišų srauto tankio J grafikų matyti, kad laikui bėgant legiravimo dozė didėja, nes vis daugiau priemaišų prasiskverbia į puslaidininkio plokštelę. Priemaišų srauto tankis kinta atvirkštiniu dėsniu. Laikui bėgant tankis mažėja. Taip yra todėl, kad priemaišos į plokštelę skverbiasi per joje esančias vakansijas arba tarpmazgius. Didėjant legiravimo dozei, mažėja laisvų vakansijų ir tarpmazgių, todėl mažėja ir atomų, prasiskverbiančių į plokštelę per tam tikrą laiko tarpą, skaičius. Legiravimo dozė Q ir srauto tankis J, kinta pagal eksponentinį dėsnį. 1.3. Apskaičiuoti ir nubraižyti priemaišų pasiskirstymą po priemaišų perskirstymo etapo. Pradiniai duomenys: Legiravimo dozė (1/cm2): 11013 ; Difuzijos koeficientas (cm2/s): 210-13 ; Proceso trukmė (min): 93, 26 ir 15. Praktikoje terminės priemaišų difuzijos procesą dažniausiai sudaro dvi stadijos. Difuzija iš nesenkančio šaltinio vyksta pirmojoje – priemaišų įterpimo stadijoje. Šioje stadijoje į ploną paviršinį kristalo sluoksnį įvedamas reikiamas priemaišų kiekis. Antrojoje – priemaišų perskirstymo stadijoje, aukštesnėje temperatūroje suformuojamas reikiamas priemaišų koncentracijos profilis. Dažnai antrojoje difuzijos stadijoje atliekamas ir paviršiaus oksidavimas. Todėl antrojoje stadijoje priemaišų atomai per padėklo paviršių neprasiskverbia ir legiravimo dozė nekinta. Tada difuzija vyksta iš riboto šaltinio – pirmojoje stadijoje legiruoto paviršinio sluoksnio. Šiomis sąlygomis antrosios Fiko diferencialinės lygties sprendinys išreiškiamas formule: ; (8) čia – priemaišos difuzijos koeficientas priemaišų perskirstymo etape, – šio etapo trukmė; Q - legiravimo dozė; x – koordinatė. 5 pav. Priemaišų pasiskirstymo profiliai, kai difuzija vyksta iš riboto šaltinio. Išvados: Priemaišų perskirstymas - tai antrasis difuzijos etapas Jis apskaičiuojamas pagal priemaišų įterpimo iš riboto šaltinio modelį. Priemaišų atomai pro padėklo paviršių neprasiskverbia ir legiravimo dozė nekinta. Priemaišos iš plokštelės paviršiaus difunduoja koordinatės didėjimo kryptimi. Todėl prie plokštelės paviršiaus priemaišų koncentracija mažėja, plokštelės gilumoje auga. Kreivių ribojamas plotas nekinta, nes nekinta legiravimo dozė. Iš grafiko matyti, kad didėjant laikui t1 >1 ir be to, apkrovos varža didesnė už tranzistoriaus įėjimo varžą, tai grandinėje galimas didelis kintamosios įtampos stiprinimas. Šiuo atveju, prie dvipolio tranzistoriaus prijungus 461 Ω apkrovos varžą, žemų dažnių įtampos stiprinimo koeficientas KU = 115,8, t.y. tranzistoriaus išėjime įtampa yra beveik 115,8 kartus didesnė nei įėjime. 3. Lauko tranzistoriaus parametrų skaičiavimas ir ekvivalentinės schemos sudarymas Lauko ( arba vienpolius ) tranzistorius – tai toks tranzistorius, kuriame srovę sukuria specialiai sudaryto kanalo pagrindiniai krūvininkai. Srovę valdo statmenas srovės krypčiai elektrinis laukas. Lauko tranzistoriaus n arba p kanalo (angl. – channel) gale sudaromi du elektrodai. Elektrodas, per kuri į kanalą patenka pagrindiniai krūvininkai, vadinamas ištaka (source). Elektrodas, per kuri pagrindiniai krūvininkai išteka, vadinamas santaka (drain). Kanale tekančią srovę valdo trečiojo tranzistoriaus elektrodo – užtūros (gate) – įtampa. Pagal užtūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi i lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja užtūra. Pastarieji tranzistoriai yra MDP arba MOP tranzistoriai. MDP tranzistoriai būna su indukuotuoju kanalu arba su įterptuoju (pradiniu) kanalu. Pradiniai duomenys: 13 pav. pateiktos lauko tranzistoriaus charakteristikos. Tranzistoriaus darbo taškas: UGS=1V, UDS = 8 V. 13 pav. Lauko tranzistoriaus išėjimo charakteristikos 3.1. Nubraižyti lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikas kai UDS = 6 , 8 , 10  V Norėdami nubraižyti lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikas, sudarome įtampų ir srovių reikšmių lentelę. Skaitines vertes randame iš lauko tranzistoriaus išėjimo charakteristikų (13 pav): 4 lentelė. Perdavimo charakteristikos reikšmių lentelė. UDS (V) UDS (V) UDS (V) 6 8 10 ID(mA) UGS (V) ID(mA) UGS (V) ID(mA) UGS (V) 16,1 0 16,3 0 16,8 0 11 0,5 11,2 0,5 11,5 0,5 6,6 1 6,8 1 7 1 3,1 1,5 3,4 1,5 3,5 1,5 0,6 2 0,7 2 0,8 2 14 pav. Lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikos. Išvados : Naudodamiesi išėjimo charakteristika, tai yra ID priklausomybe nuo UDS, nubrėžėme perdavimo charakteristiką (ID priklausomybe nuo UGS). Kol tranzistorius veikia tiesiniu režimu, jo santakos srovė priklauso nuo užtūros ir santakos įtampų. Išėjimo charakteristikų lėkštosios dalys atitinka soties režimą. Esant soties režimui, santakos srovė priklauso tik nuo užtūros įtampos. Nežymus srovės ID stiprėjimas, kylant įtampai UDS, paaiškinamas tuo, kad pasiekus sotį, dėl sandūrų plėtimosi trumpėja kanalas ir mažėja jo varža. 3.2 Apskaičiuoti lauko tranzistoriaus parametrus nurodytame darbo taške. Pagrindiniai lauko tranzistoriaus parametrai yra perdavimo charakteristikos statumas S arba gm ir išėjimo (vidinė) varža ro. 3.2.1 Tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumas S arba gm Statumas apskaičiuojamas pagal formulę: ; (36) (vietoj diferencialų nagrinėjame srovės IS ir įtampų UUI ir USI pokyčiai duotojo darbo taško aplinkoje) Lauko tranzistoriaus statumui apskaičiuoti naudojame perdavimo charakteristiką: 15pav. Lauko tranzistoriaus statumo gm skaičiavimas iš perdavimo charakteristikos. Nurodyto darbo taško Q aplinkoje šis parametras skaičiuojamas pagal formulę: (37) Pagal 15 pav. darbo taške Q lauko tranzistoriaus statumas S lygus: 3.2.2 Tranzistoriaus išėjimo varža: r0 apskaičiuojama pagal formulę: , kai (38) 16 pav. Lauko tranzistoriaus vidinės varžos Ri skaičiavimas iš išėjimo charakteristikų. Lauko tranzistoriaus vidiniai varžai apskaičiuoti naudosiu išėjimo charakteristikas: (39) Pagal 16 pav. darbo taške Q lauko tranzistoriaus vidine varža statumas Ri lygi: Išvados: Įjungto pagal bendrosios ištakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo varža labai didelė, o įėjimo srovė labai silpna. Duotajame darbo taške, lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumas yra gm=7,2mA/V, o išėjimo varža 14,54 kΩ. Norint padidinti statumą ir gauti didesnį stiprintuvo stiprinimo koeficientą, tranzistoriaus darbo tašką reikia parinkti taip, kad santakos srovė būtų didesnė. 3.3. Sudaryti lauko tranzistoriaus ekvivalentinės grandinės schemą 17 pav. Lauko tranzistoriaus ekvivalentinė schema. Išvados: Žemųjų dažnių srityje lauko tranzistorių galima pakeisti jo ekvivalentine grandine, sudaryta iš įėjimo įtampos UUI valdymo srovės gmUUI šaltinio ir lygiagrečiai su juo prijungtos tranzistoriaus išėjimo varžos r0. Aukštųjų dažnių srityje ekvivalentinės grandinės schemą reikia papildyti tranzistoriaus parazitinėmis talpomis. Tada ji įgyja Π pavidalą. 3.4. Apskaičiuoti fT, kai C11= 5 pF ir C12= 11 pF Dažnis, kuriam esant lauko tranzistorius nustoja stiprinti srovę, kaip ir dvipolių tranzistorių atveju, žymimas fT. Šį dažnį apskaičiuosime pagal formulę: (40) C11 – įėjimo talpa, kai tranzistoriaus išėjimo grandinėje sudarytos trumpojo jungimo sąlygos, C12 – pereinamoji talpa. C22 – išėjimo talpa, kai įėjimo grandinėje sudarytos trumpojo jungimo sąlygos. Kadangi gm = S, CUS = C12 = 8 pF, CUI = C11 – C12 , tai turime: (41); Išvados: Lauko tranzistoriaus dažnines savybes lemia jo talpų CUS ir CUI perkrovimo procesas. Perkrovos srovę riboja kanalo varža 1/gm. Tranzistoriaus dažnines savybes lemia laiko konstanta, kuri yra lygi krūvininkų lėkio kanale trukmei. Siekiant padidinti fT, o taip pat pagerinti tranzistoriaus dažnines savybes, reikia trumpinti kanalo ilgį ir didinti krūvivinkų judrumą. Duotuoju atveju, srovės stiprinimo koeficientas sumažėja iki 1, kai dažnis pasiekia 229,3 MHz. 3.5. Apskaičiuosime kintamąją išėjimo srovės dedamąją, kai kintamosios įėjimo įtampos amplitudė yra 20 mV Kintamoji išėjimo srovė apskaičiuojame pagal formulę: ISm = gmUUIm + g0USIm; (42) Čia g0 – išėjimo laidumas. USIm=0 Kadangi kintamosios įtampos amplitudė lygi 93 mV , t.y. UUIm=93 mV, tai: ISm = gmUUIm = 7,2 ∙ 10 -3 ∙ 93 ∙ 10 -3 =669,6 ∙ 10 -6 = 669,6 μA. Išvados: Nagrinėdami lauko tranzistorių kaip tiesinį aktyvujį keturpolį, vietoje įtampų ir srovės pokyčių galime nagrinėti įtampų ir srovių kintamąsias dedamąsias. Prijungus 93 mV amplitudės kintamąją įtampą, tranzistoriaus išėjimo srovės dedamoji bus lygi 669,6 μA. 3.6. Rasime žemų dažnių įtampos stiprinimo koeficientą, kai apkrovos varža lygi 652 Ω Įtampos stiprinimo koeficientą apskaičiuojame pagal formulę: ; (43) Įtampos stiprinimo koeficientui apskaičiuoti pasinaudosime 3.5. užduoties duomenimis: Ra= 652 Ω ; ISm= 669,6 μA; UIšm = RaISm; UINm = 93 mV ; Tada žemų dažnių įtampos stiprinimo koeficientas lygus: Išvados: Prijungus prie lauko tranzistoriaus 652 Ω apkrovos varžą, žemų dažnių įtampos stiprinimo koeficientas KU  lygus 4,69, t.y. lauko tranzistoriaus išėjimo įtampa yra 4,69 karto didesnė nei įėjimo įtampa. Iš gautos stiprinimo koeficiento formules matome, jog didėjant lauko tranzistorius apkrovos varžai, didėja ir įtampos stiprinimas. 4. Akustinės elektronikos įtaiso projektavimas Mažame puslaidininkiniame IG telpa daug elementų. Pagrindiniai puslaidininkinio IG elementai – tai tranzis­toriai, diodai, rezistoriai, nedidelės talpos kondensatoriai. Induk­tyvumo elementus integruoti į puslaidininkinius IG sunku. Kai buvo sukurti puslaidininkiniai IG, iškilo filtrų, vėlinimo linijų ir kitų elektroninės aparatūros komponentų, kuriems reikėjo induktyvumo elementų, miniatiūrizavimo problema. Sprendžiant šią problemą susiformavo nauja funkcinės elektronikos kryptis – akustinė elektronika. Šiuolaikiniuose akustinės elektronikos įtaisuose panau­dojamos paviršinės akustinės bangos, kurios yra pranašesnės už tūrines akustines bangas. Tūrinių akustinių bangų filtrų ir vėlinimo linijų rezonatorių ir garsolaidžių gamyba gana sudėtinga – reikalingas didelis mechaninio apdorojimo tikslumas. Kadangi rezonatorių ir garsolaidžių matmenys maži, net labai nedidelės absoliutinės jų gamybos paklaidos labai atsiliepia rezonatorių rezonansiniams dažniams arba vėlinimo linijų vėlinimo laikui. Tuo nesunku įsitikinti pažvelgus į rezonansinių dažnių arba vėlinimo laiko išraiškas. Be to, tūrinių akustinių bangų filtrų ir vėlinimo linijų darbo dažnių diapazonas yra ribotas. Jo viršutinė riba – 100–200 MHz. Tobulesni yra paviršinių akustinių bangų filtrai ir vėlinimo linijos. Juos galima gaminti taikant plonasluoksnes technologijas. Be to, jų dažnių diapazono viršutinė riba yra daug aukštesnė – iki keleto gigahercų. Taigi dabar pabandysime suprojektuoti vieną iš akustinės elektronikos elementų PAB filtrą. Jis atrodo štai taip: 4.1. Paviršinių akustinių bangų (PAB) juostinio filtro projektiniai skaičiavimai. Centrinis pralaidumo juostos dažnis f0: 81 MHz Pralaidumo juostos plotis ΔF: 7 MHz. Projektinių skaičiavimų tikslas – parinkti filtro garsolaidžio medžiagą, nustatyti svarbiausius filtro elementų matmenis, pagal juos nubraižyti eskizinius brėžinius ir patikrinti, ar filtro dažninės charakteristikos tenkina jam keliamus reikalavimus. Kai PAB filtras sudarytas pagal schemą keitiklis-garsolaidis-keitiklis, jo dažninės savybės ir selektyvumą lemia keitikliai. 19 pav. Paviršinių akustinių bangų keitiklis 4.1.1. Keitiklio strypų skaičius randame pagal formulę: ; (44) čia – koeficientas (=0,6–0,8); taigi turime: 4.1.2. Garsolaidžio medžiagos parinkimas. Apskaičiuojame elektromechaninio ryšio koeficientą: ; (45) 5 lentelė. Elektromechaninio ryšio koeficiento sąsaja su PAB greiciu ir r. PAB greitis vs (km/s) Elektromechaninio ryšio koeficientas k2m Santykinė dielektrinė skvarba r LiNbO3 3,5 – 4,0 0,005- 0,058 25 - 60 Pasirenkame 3,7 0,0108 55 4.1.3. Optimalus strypų skaičius apskaičiuojame iš formulės: ; (46) Kadangi , tai koeficientas 4.1.4. Apskaičiuojame keitiklio strypų žingsnis  apskaičiuojamas pagal formulę: ; (47), Strypų plotis d dažniausiai sudaro pusę žingsnio: ; (48) 4.1.5. Apskaičiuosime PAB ilgį λp: ; (49), 4.1.6. Keitiklio strypų persidengimas turi būti ne mažesnis nei ; (49) čia – atstumas tarp įėjimo ir išėjimo keitiklių. Rekomenduojamas atstumas L = 8–10 mm. Tarkime, kad L = 9 mm, tai min stripų persidengimas: ; (50) 4.1.7. Randame keitiklio ilgį: ; (51), 4.1.8. Apskaičiuojame filtro pagrindo ilgį: ; (52) čia l – atstumas nuo keitiklio iki filtro pagrindo galo. Rekomenduojamas atstumas 5 – 10 mm. Tarkime, kad l = 10 mm, tai: 4.1.9. Apskaičiuojame filtro pagrindo plotį: ; (53) 4.1.10. Išderinimo koeficientas nulemia PAB atspindžio nuo keitiklio koeficientą , bangos praėjimo koeficientą ir keitiklio slopinimo koeficientą . Decibelais išreikštos paminėtų koeficientų reikšmes apskaičiuojame pagal formules: ; (54) ; (55) ; (56) 4.1.11. Nevertinant paviršinės bangos slopinimo garsolaidyje ir slopinimo dėl keitiklio elektrodų varžos, filtro slopinimas išreiškiamas formule: B = 2B3; (57) . 4.1.12. Parazitinių virpesių, kylančių dėl atspindžių nuo išėjimo ir įėjimo keitiklių, lygis įėjimo virpesių atžvilgiu sudaro: Bd = 2B1; (58) . 4.1.13. Statinė keitiklio talpą apskaičiuojame pagal formulę: ; (59) Čia – keitiklio strypų poros ilgio vieneto talpa (pF). Ją apskaičiuojame taip: ; (60) Čia – pagrindo santykinė dielektrinė skvarba, ; (61) 4.1.14. Keitiklio spinduliavimo aktyvioji varža , kai , išreiškiama formule: ; (62) . 4.1.15. Norint sukompensuoti keitiklio įėjimo varžos talpinę dedamąją, nuosekliai keitikliui jungiama induktyvumo ritė, kurios induktyvumą (suderinimo induktyvumą) randame pagal formulę: ; (63) 4.1.16. Apskaičiuojame apkrovos varžą R: ; 4.2. PAB juostinio filtro dažninė amplitudės charakteristika PAB juostinio filtro keitiklio dažninė amplitudės charakteristika išreiškiama formule: (64); čia (65); yra santykinis dažnio nuokrypis nuo dažnio f0, ties kuriuo tenkinama akustinio sinchroniskuma sąlyga. Filtro selektyvumą lemia įėjimo keitiklis, tai galima laikyti, kad filtro normuotoji dažninė amplitudės charakteristika išreiškiama formule: (65); čia (66); Pasinaudodami Matlab 7 programa nubraižome suprojektuoto PAB juostinio filtro DACH: 20 pav. Paviršinių akus­ti­nių bangų juostinio filtro DACH 21 pav. Paviršinių akus­ti­nių bangų juostinio filtro DACH. Charakteristika Gauti rezultatai Atstumas tarp keitiklio ir bangolaidžio galo l = 10 mm Elektrodų skaičius N = 17 Optimalus Nopt = 17,05 Išderinimas P = 1 Elektrodų žingsnis Δ = 22,84 μm Strypo plotis d =11,42 μm Keitiklio ilgis LK = 0,37 mm Garsolaidžio ilgis b = 30 mm Garsolaidžio plotis a = 21 mm Slopinimas B = 13,862 dB Atspindžio ir pagrindinio signalo lygių santykis Bd = 27,726 dB Statinė talpa C0 = 2,77 pF Spinduliavimo varža R0 = 83,409  Suderinimo induktyvumas L = 4,379 H Apkrovos varža R = 83,409  Išvados: Elektriniams virpesiams pakeisti į mechaninius ir mechaniniams virpesiams pakeisti į elektrinius paviršinių akustinių bangų įtaisuose dažniausiai naudojami dvifaziai elektrodiniai pjezoelektriniai keitikliai. Keitimas vyksta efektyviausiai, kai paviršinės akustinės bangos ilgis lygus keitiklio periodui p. Jeigu ši akustinio sinchronizmo sąlyga netenkinama, keitimo efektyvumas yra mažesnis. Todėl elektrodiniai paviršinių akustinių bangų keitikliai pasižymi selektyvumu. Parinkus tinkamą keitiklio impulsinės charakteristikos gaubtinės formą (taikant sverti), galima pagerinti selektyvumą – sumažinti slopinimą praleidžiamųjų dažnių juostoje ir padidinti slopinimą už jos ribų. Jeigu reikalingas labai didelis selektyvumas ( 0 / f F D

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!