Реферат по теоретическому заданию гпо-1 Выполнил студент гр. 532

Скачать 279.63 Kb.

Название	Реферат по теоретическому заданию гпо-1 Выполнил студент гр. 532
страница	2/4
Дата публикации	24.05.2015
Размер	279.63 Kb.
Тип	Реферат

100-bal.ru > Физика > Реферат

1 2 3 4

$(t)=\int\limits_{-\infty}^\infty f_1(\tau)f_2(t-\tau)d\tau$$ .
В основе их работы лежит нелинейное взаимодействие бегущих навстречу друг другу акустических волн одной и той же частоты, огибающие которых представляют собой сигналы F1 и F2. В результате нелинейного взаимодействия возникает электрический сигнал на удвоенной частоте, снимаемый интегрирующим электродом. Амплитуда результирующего сигнала пропорциональна интегралу свертки
$(2t)=\int\limits_{-\infty}^\infty f_1(\tau)f_2(2t-\tau)d\tau$$ ,
сжатому в два раза во времени вследствие встречного распространения акустических волн. В конвольверах используется также взаимодействие волн с различными частотами. В этом случае интегрирующий электрод выполняется в виде периодической структуры с периодом, определяемым пространственными биениями нелинейного сигнала на суммарной или разностной частоте.

Для выполнения операции свертки используется нелинейное взаимодействие ПАВ в слоистой структуре "пьезоэлектрик-полупроводник" (рис. 6; пр. А). Преобразователи 1 и 2 излучают сигналы на частоте $\omega$ навстречу друг другу. При этом электрические поля, сопровождающие ПАВ в пьезоэлектрическом звукопроводе 3, создают в граничащей с ним полупроводниковой пластине 4 поперечный ток. Этот ток интегрируется электродом 5, и сигнал с частотой $2\omega$ поступает в приемное устройство. Аналогичным образом осуществляется работа конвольвера на основе взаимодействия ПАВ в пьезо-диэлектриках, обусловленного упругим и пьезоэлектрическим механизмом нелинейности. В случае прямоугольной формы огибающих взаимодействующих сигналов результирующий сигнал имеет треугольную форму (рис 7, а; пр. А), а при взаимодействии двух пар прямоугольных импульсов - форму трезубца (рис. 7, б; пр. А). В случае симметричных сигналов свертка совпадает с автокорреляционной функцией.

Устройство, показанное на рис. 6, позволяет производить обращение сигнала F1(t) во времени. На входной преобразователь 1 подается сигнал F1(t) и в момент, когда он проходит под электродом 5, па последний подают $\delta$ -импульс(или очень короткий радиоимпульс), В результате нелинейного взаимодействия в направлении к преобразователю 1 распространяется обратная волна, представляющая собой обращенный во времени сигнал F2(t)=F1(-t). Например, если сигнал F1(t) представляет собой пару из короткого и длинного импульсов, то в сигнале F2(t) короткий и длинный импульсы меняются местами (рис. 8; пр. А). Корреляторы предназначаются для получения функции корреляции

двух сигналов:
.

${кор}(t)=\int\limits_{-\infty}^\infty f_1(\tau)f_2(\tau-t)d\tau$$

Функцию корреляции сигналов можно получить с помощью устройства свертки, если один из сигналов предварительно обратить во времени. При этом встречное взаимодействие приводит к тому, что сигнал корреляции снова будет сжат в два раза.

В системе "пьезоэлектрик-полупроводник" наряду с операцией свертки или корреляции осуществляют также сравнительно долговременное запоминание акустических сигналов; такие устройства называются устройствами акустической памяти. Запоминание акустических сигналов обусловлено наличием центров захвата электронов в полупроводнике. В результате нелинейного взаимодействия двух акустических волн одинаковой частоты, бегущих навстречу друг другу, в системе возникает электрическое поле с нулевой частотой и пространственным периодом, вдвое меньшим длины акустической волны. Перераспределение заряда под действием этого поля создает объемный неоднородный заряд на примесных центрах захвата, который будет существовать до тех пор, пока тепловые процессы не выровняют это неоднородное распределение. Таким образом, время памяти определяется временем релаксации для примесных состояний полупроводников. Использование легированного кремния позволяет запоминать акустические сигналы на время в несколько сотен мкс, а сернистого кадмия - до 10 мс. Охлаждение кристалла дополнительно увеличивает время памяти. Считывание запомненного сигнала осуществляется подачей па электрод 5 (рис. 9; пр. А) сигнала на удвоенной частоте (короткого считывающего импульса). Считанный сигнал снимается выходным преобразователем 2. Кроме того, в устройствах акустической памяти используют взаимодействие акустического сигнала частоты $\omega$ с однородным электрическим полем той же частоты. В результате этого запоминается периодическая структура с периодом, равным длине акустической волны. Считывание осуществляется подачей на электрод сигнала той же частоты $\omega$ . Устройство памяти позволяет не только запоминать сигнал, но и проводить его корреляционную обработку.

Сигнал свертки, как и сигнал акустической памяти, зависит от проводимости полупроводника. Неоднородность проводимости изменяет форму выходного сигнала, поэтому по его форме можно акустическими методами контролировать однородность электрических параметров полупроводниковых материалов, а по сигналу памяти - измерять время релаксации примесных состояний.

Нелинейные акустоэлектронные устройства применяются также для сканирования оптических изображений и преобразования их в электрический сигнал. Так, при освещении фоточувствительного полупроводника в устройстве свертки (рис. б; пр. А) распределение освещенности оптических изображений задает распределение проводимости. Если в такой структуре производить свертку короткого и длинного акустического импульсов, то короткий сигнал будет сканировать распределение освещенности. В результате форма выходного сигнала конвольвера будет соответствовать распределению освещенности вдоль акустического пучка.

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

На рис.1; пр. Б, показана структура элементарной ячейки кварца, состоящей из 3х молекул диоксида кремния. При отсутствии деформации центр тяжести положительных и отрицательных ионов совпадает (плюсом отмечены ионы кремния, минусом – кислорода). Сжатие кристалла в вертикальном направлении (рис. 1,б; пр. Б) приводит к смещению положительных ионов вниз, а отрицательных вверх. На наружных электродах появляется разность потенциалов. Данное явление носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Существует и обратный пьезоэффект, когда под действием приложенного напряжения и в зависимости от его полярности пьезокристалл (кварц, сегнетова соль, турмалин и др.) поляризуется и изменяет свои геометрические размеры. Если же к пьезокристаллу приложить переменное напряжение, то в нем возбуждаются механические колебания определенной частоты, зависящей от размеров кристалла.

Явления прямого и обратного пьезоэффекта известны давно. Однако лишь в последние годы, благодаря развитию полупроводниковой техники и микроэлектроники. Удалось создать качественно новые акустоэлектронные функциональные устройства.

Одним из основных приборов акустоэлектроники является электроакустический усилитель (ЭАУ).

На рис.2; пр. Б показана схема такого усилителя на объемных волнах. На торцах полупроводникового звукопровода (З) расположены пьезоэлектрические преобразователи (П), которые с помощью омических контактов (К) присоединены с одной стороны к звукопроводу, а с другой – к входным и выходным клеммам. При подаче на вход переменного напряжения во входном пьезопреобразователе возбуждается акустическая волна, которая распространяется по звукопроводу. Взаимодействие волны с движущимися в том же направлении по полупроводниковому звукопроводу электронами обеспечивает ее усиление. Рассмотрим это явление. Предположим, что в звукопровод вводится гармоническая продольная акустическая волна, движущаяся со скоростью V_B. Давление в кристалле при этом от точки к точке меняется. В тех местах, где кристалл сжимается, пьезо-э.д.с. замедляет движение электронов, а в тех местах, где растягивается, - ускоряет. В результате этого в начале каждого периода волны образуются сгустки электронов. При V_Э>V_В сгустки движутся в тормозящих участках волны и передают ей свою энергию, чем и обеспечивают усиление. Подобные акустоэлектронные усилители могут давать выходную мощность сигнала порядка нескольких ватт, имею полосу пропускания до 300 МГц. Их объем (в микроэлектронном исполнении) не превышает 1 см³.

Основным недостатком объемных ЭАУ является сравнительно большая мощность, рассеиваемая в звукопроводе. Более перспективным в этом отношении являются ЭАУ на поверхностных волнах. Структура такого усилителя показана на рис. 3, а; пр. Б. С помощью входного решетчатого преобразователя (рис. 3, б; пр. Б), напыляемого на поверхность пьезоэлектрического кристалла П_Э, в последнем возбуждается акустическая волна. На некотором участке поверхность пьезокристалла соприкасается с поверхностью полупроводниковой пластины, в которой от источника Е проходит ток. Следовательно, на участке поверхностного контакта пьезокристалла и полупроводника произойдет взаимодействие акустической волны с потоком электронов. Именно на этом участке происходит акустическое усиление сигнала, который затем снимается в виде усиленного переменного напряжения с выходного преобразователя, работающего в режиме обратного пьезоэффекта.

Достоинство ЭАУ поверхностного типа состоит в том, что материалы пьезоэлектрика и полупроводника могут быть разными. Первый из них должен обладать высокими пьезоэлектрическими свойствами, второй – обеспечивать высокую подвижность электронов. В качестве полупроводникового слоя в подобных усилителях используют обычно кремниевый монокристалл n-типа толщиной около 1 мкм, выращенный на сапфировой подложке эпитаксиальным способом.

Этот материал имеет удельное сопротивление порядка 100 Ом∙см и подвижность носителей заряда до 500 см²/(В∙с). Длина рабочей части поверхностного ЭАУ составляет примерно 10 мм, ширина 1.25 мм, потребляемая мощность постоянного тока порядка 0.7 Вт.

Акустоэлектронные устройства являются весьма перспективными, особенно для широкополосных схем и схем сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. В настоящее время акустоэлектроника занимает значительное место в физике полупроводников и диэлектриков. Она оказалась очень тонким орудием исследования свойств твердых тел, открыла широкие возможности для создания новых приборов.

Возьмем такой пример. Ведется локация какого-либо объекта, ну, скажем, планеты или спутника. Чтобы судить о форме небесного тела, его размерах, скорости движения и т. д., нужно сравнить два сигнала - посланный и отраженный от объекта. А для этого надо, чтобы первоначальный сигнал, прежде чем потухнуть, чуточку задержался во времени. Такую же задачу приходится решать и для вычислительных машин, и для навигационных приборов, и т. п. Акустоэлектроника позволяет создавать простые, надежные и дешевые устройства, которые помогают решать эту задачу.

АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Акустоэлектрический эффект - появление в проводнике постоянного тока в замкнутой цепи (т. н. акустоэлектрического тока) или электрического напряжения на концах разомкнутого проводника (т. н. акустоэдс) при распространении в нем акустической волны. Акустоэлектрический эффект был предсказан Р. Парментером (1953) и впервые обнаружен Г. Вайнрайхом н X. Дж. Уайтом (1057). Акустоэлектрический эффект возникает из-за увлечения носителей тока акустической волной вследствие акустоэлектронного взаимодействия, при котором часть импульса, переносимого волной, передается электронам проводимости, в результате чего на них действует средняя сила, направленная в сторону распространения волны. В соответствии с этим акустоэлектрический эффект меняет знак при изменении направления волны на противоположное. Акустоэлектрический эффект - одно из проявлений нелинейных эффектов в акустике, он аналогичен другим эффектам увлечения, например, акустическому ветру.

Передача импульса от волны электронам сопровождается поглощением звуковой энергии, поэтому действующая на электрон сила пропорциональна коэффициенту электронного поглощения звука

1 2 3 4

	Реферат по дисциплине правоведение на тему Исполнение обязательств.... Филиал Санкт – Петербургского инженерно – экономического университета в городе Пскове		Маркетинговый план Интерсетевого холдинга Gloryon реферат по дисциплине:... Интернет заключает в себе еще более значительный потенциал, чем кажется на первый взгляд. Эта тенденция не так очевидна, но гораздо...
	Отчет по учебной геодезической практике выполнил студент 1 курса, шифр 03-3до-253 специальность		Выполнил студент Порядок сдачи зачета по дисциплинам модуля «технология и методология профессиональной деятельности» на 1-4 курсах фист
	Курсовая работа Действие лекарственных растений на центральную нервную... Приложение		«…», выполнил(а): …, класс, школа, учебный год) Титульная страница (реферат на тему: «…», выполнил(а): …, класс, школа, учебный год)
	Самостоятельная работа По мдк 01. 01 «Практические основы бухгалтерского... Описать произвольные первичные бухгалтерские документы, рассматриваемые как письменное доказательство совершения хозяйственной операции...		Реферат по почвоведению студент 1 курса 6 группы Васильев Павел Сергеевич... Реферат по почвоведению студент 1 курса 6 группы Васильев Павел Сергеевич
	Реферат R,R-винная кислота и её производные Выполнил Ученик 10А класса... «Московский Городской Педагогический университет; биолого-химический университет»		Реферат по информатике выполнил ученик 11-"А" класса Титенко Дмитрий... Мы живем на стыке двух тысячелетий, когда человечество вступило в эпоху новой научно-технической революции
	Реферат Тема: Нравственно-гуманистические и ценностные аспекты триединой... Выполнил Святов А. В., старший преподаватель кафедры Социально-гуманитарных дисциплин, филиал юургу в г. Миассе		Реферат по философии Тема: Философский анализ естественнонаучных... Выполнил аспирант Монин С. Н., кафедра «Естественные науки» филиала юургу в г. Кыштыме
	Доклад-д/з-инструкция-проект Если студент пишет курсовую работу, то он не пишет реферат. В этом случае вместо оценки за реферат, необходимо указать оценку за...		Реферата выбирается из рекомендованного списка или по предложению... ...
	Реферат международный лизинг студент 506 гр специальности «Государственное... Студент 506 гр специальности «Государственное и муниципальное управление»		Реферат 01. 01. 2012 Степанов Владимир Сергеевич студент вуз пиу факультета: Менеджмент организации. 3 курс

Реферат по теоретическому заданию гпо-1 Выполнил студент гр. 532

Похожие: