Akustoelektronika asboblari

Akustoelektronika asboblari. Akustoelektron asboblarning ishlashi elektr signalni ultratovush to’lqinlarga, uni tovush o’tkazuvchi orqali tarqalishiga va keyinchalik chiqish elektr signalga o’zgartirilishiga asoslanadi.
Shunday qilib, bunday asboblarda kirish bilan chiqish orasida axborot tashuvchi bo’lib ultratovush (akustik) signal deb ataluvchi dinamik bir jinslimaslik xizmat qiladi. U 1013 Gs chastotali tebranishlardan iborat bo’lib, qattiq jismda 1,5 ÷ 5,5 km/s tovush tezligida tarqaladi. Akustik to’lqin tezligi elektromagnit tebranishlar tarqalish tezligiga nisbatan 5 tartibga kichikligi ko’rinib turibdi. Shuning uchun ushbu xususiyatdan birinchi navbatda kichik o’lchamli kechiktirish liniyalarini ishlab chiqishda foydalanildi. Akustoelektron asboblar mikroelektronikada qo’llaniladigan usullar bilan hosil qilinishi va IMSlarga o’xshashligi bilan e’tiborga loyiq.
Ultratovush to’lqinlar pyezoaktiv materiallarda (pyezoelektriklarda) hosil qilinishi mumkin. Shuning uchun ushbu sinf asboblar uchun ishchi muhit sifatida pyezoeffekt juda yaqqol naomyon bo’ladigan dielektrik va yarimo’tkazgich kristallar xizmat qiladi. To’g’ri pyezoeffekt deb mexanik kuchlanish natijasida pyezoelektrikning qutblanish hodisasiga aytiladi (1.35, a – rasm). Qutblanish natijasida pyezoelektrikning qarama – qarshi tomonlarida pyezo – EYuK deb ataluvchi potensiallar farqi hosil bo’ladi. Teskari pyezoeffekt deb berilgan tashqi kuchlanish ta’sirida jismning geometrik o’lchamlari o’zgarishiga aytiladi (1.35, b – rasm). Rasmda jismning deformasiyadan keyingi o’lchamlari punktir chiziq bilan ko’rsatilgan.
Kuchlanish berilgan joyda elektr maydon kuchlanganligi yo’nalishiga bog’liq xolda pyezoelektrik siqiladi yoki kengayadi. Natijada, tovush o’tkazuvchi deb ataladigan, kristal plastinada ko’ndalang yoki bo’ylama akustik ultratovush chastotasi berilgan kuchlanish chastotasiga teng bo’ladi. Pyezoelektrik ma’lum xususiy mexanik tebranishlar chastotasiga ega bo’lgani sababli, tashqi EYuK chastotasi bilan plastina xususiy tebranishlar chastotasi bir – biriga teng bo’lganda (rezonans hodisasi) plastinaning tebranishlari amplitudasi eng katta qiymatga ega bo’ladi.
a) b)
1.35 – rasm. To’g’ri (a) va teskari (b) pyezoeffekt
Akustoelektronika asboblarida chastotasi 1 ÷ 10 GGS bo’lgan, kvars, litiy niobiti va tantalati hamda CdS, ZnS, ZnO, GaAs, InSb va boshqa yupqa yarimo’tkazgich qatlamlarda generasiyalanadigan ultratovush to’lqinlar ishlatiladi. Ushbu diapazondagi hajmiy va sirt akustik to’lqinlar (SAT) ishlatiladi. SATlarda ishlaydigan akustoelektron asboblar keng tarqalgan. Ularga kechiktirish liniyalari, polosali filtrlar, rezonatorlar, turli datchiklar va shunga o’xshashlar kiradi. Bu asboblarda elektr signallarni akustik signalga va aksincha o’zgartirish maxsus o’zgartirgichlar yordamida amalga oshadi. SATlar o’zgartgichlarining yetti turi mavjud bo’lib, amalda ikki metal elektrodlari sinfaz va qoziqsimon joylashgan turlari keng tarqalgan.
SATlar asosidagi sodda akustoelektron asbob – sinfaz o’zgartgichli kechiktirish liniyalari tuzilishi 1.36 – rasmda ko’rsatilgan. Sinfaz o’zgartgich pyezoelektrik plastinaning astoydil sayqallangan qarama – qarshi yuzalariga joylashtiriladigan ikkita elektroddan tashkil topadi. O’zgartgichlar qalinligi 0,1 ÷ 0,5 mkm ni tashkil etuvchi yupqa metal parda ko’rinishida bo’ladi.
a) b)
1.36 – rasm. Elektroakustik kechikrituvchi liniyaning tuzilishi:
yon tomondan (a) va ostidan (b) ko’rinishi
Yuqorida joylashgan elektrod taroqsimon tuzilishga ega bo’lib, fazoviy davri sirt to’lqin uzunligiga teng bo’lishi kerak. Chapdagi sinfaz o’zgartgich kiruvchi elektr signal ta’sirida kristalda sirt to’lqinini uyg’otadi (teskari pyezoeffekt hodisasi). Akustik to’lqin uzunligi akustik tebranishlarning tarqalish tezligi va elektr tebranishlar chastotasi f ga bog’liq: .
To’lqin uzatgichda bo’ylama garmonik akustik to’lqin hosil qilindi deylik. Ushbu to’lqin kristalda qalinligi taxminan to’lqin uzunligiga teng bo’lgan sirtqi qatlam bo’ylab bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga bosimni o’zgartirib tarqaladi. Bosimning o’zgarishi kristalning deformasiyalanishiga va qarama – qarshi ishorali zaryadlar (pyezo – EYuK) hosil bo’lishiga olib keladi. Kristal siqilgan joylarda zaryadlar ishoralari bir xil taqsimlanadi, kristal cho’zilgan joylarda esa zaryadlar taqsimlanishi teskarisiga o’zgaradi. Bu kristalda, jumladan, chiqish sinfaz o’zgartgich elektrodlari orasida ham o’zgaruvchan elektr maydon hosil bo’lishiga olib keladi. Natijada chiqishdagi o’zgartgich (unga RYu yuklama ulangan) akustik signalni elektr signalga aylantiradi (to’g’ri pyezoeffekt). Signal kechikish vaqti akustik to’lqinning o’zgartgichlar orasidagi o’tish vatqi bilan aniqlanadi.
Bunday qurilmaning asosiy kamchiligi tovush o’tkazgichda sochiladigan quvvatning kattaligidadir. Gap shundaki, akustik to’lqin kristaldagi erkin elektronlar bilan ta’sirlashib, ularni to’lqin tarqalish yo’nalishida olib ketadi. Bunda to’lqin qo’shimcha so’nadi. Lekin, agar kristalga zaryad tashuvchilarni to’lqin tarqalish yo’nalishida ≥ tezlik bilan dreyf harakat qildiruvchi kuchlanish berilsa, zaryad tashuvchilar o’zlarining ma’lum energiyasini to’lqinga uzatadi, natijada akustik to’lqin kuchayadi. Bunda akustik signallar kuchaytirgichi yoki aktiv ultratovushli kechiktirish liniyasi hosil bo’ladi.
Qandaydir f1 dan f2 gacha chastotalar orasidagi tebranishlarni o’tkazuvchi polosali filtrlar va keng polosali kechiktirish liniyalari hosil qilishda qarama – qarshi qoziqsimon o’zgartgichlar ishlatiladi (QQQO’).
Kirishdagi QQQO’ning geometrik o’lchamlari va shakli elektr signalni akustik to’lqinga aylantirish samaradorligini belgilaydi. Har bir chastota uchun QQQO’ning ma’lum o’lchamlardagina eng samarali o’zgartirish hosil bo’ladi. QQQO’ asosida hosil qilingan SAT filtrining tuzilishi 1.37 – rasmda keltirilgan.
1.37– rasm. QQQO’li SATli filtr
Filtr pyezoelektrik asos 1 (masalan, litiy niobiti, pyezokvars, pyezokeramika) va unga fotolitografiya usullari bilan hosil qilingan ikkita QQQO’ 2, 4 hamda ekranlovchi elektrod 3 dan tuzilgan. Kirishdagi QQQO’ signal manbai bilan, chiqishdagisi esa elektr signal hosil qiluvchi yuklama bilan ulangan.
Berilgan f0 chastota uchun taroq qadami l akustik to’lqin uzunligi bilan bir xil bo’lishi kerak. QQQO’da filtrning o’tkazish polosasi qoziqlar soni N bilan aniqlanadi
.
Qoziqlar soni N =2 bo’lganda filtr eng keng o’tkazish polosasiga ega bo’ladi. Qoziqlar soni ortishi bilan filtrning o’tkazish polosasi kengligi torayadi. Akustoelektron filtrning yuqori ishchi chastotasi fotolitografiyaning ajratish xususiyati bilan belgilanadi. QQQO’lar elektrodlari kengligi ga teng qilib olinadi. Bunda 100 MGs chastotali SATli filtr elektrodlari 8 mkm ni tashkil etadi.
SATli filtrlar ko’p kanalli elektr aloqa va kosmik aloqa tizimlari filtrlari sifatida keng ishlatiladi. Ular televizion qabulqilgichlarning tasvir orqali chastota kuchaytirgich bloklarida LC – filtrlarni almashtirmoqda. Hozirgi vaqtda tasvirni tashish chastotasi 38 va 38,9 MGs ni tashkil etuvchi SATli televizion filtrlar seriyali ravishda ishlab chiqarilmoqda.
Zamonaviy SATli filtrlar Δ f =0,05 – 50 % o’tkazish polosasiga ega, o’tkazish polosasidagi so’nish 2 ÷ 6 dB, selektivligi 100 dB gacha. Bunday filtrlar 900 MGs gacha chastotalarda ishlaydi.
|