Диссертация (1143140), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Поэтому выбор параметров впередистоящего усилителя можетбыть произведен только после изучения вопроса о шумовых свойствах пьезоплаты ивыходного усилителя.Исходя из поставленной задачи, возникла необходимость уточнения параметровэквивалентной шумовой схемы пьезокристаллических устройств на ПАВ, для чего былипроведены измерения эквивалентного шумового тока встречно-штыревого преобразователя164(ВШП) ряда образцов линий задержки и полосовых фильтров с помощью экспериментальнойустановки, изображенной на рис. 5-1.пьезоплата122YiСэквL13L2ВШП 2ВШП 1Рис 5-1. Схема измерения эквивалентного шумового тока ВШПШумовой сигнал ВШП усиливается предварительным усилителем 2.

Селективныммикровольтметром 3 измеряется в положении переключателя 1 спектральная плотностьмощности шума ВШП с усилителем и, в положении 2, усилителя с емкостью на входе, которойВШП обладает на измеряемой частоте в параллельной эквивалентной схеме замещения. Черезизвестные параметры усилителя спектральные плотности шума пересчитываются к его входу.Поскольку шумы усилителя и ВШП некоррелированы между собой, спектральная плотностьшумовоготокаВШПопределяетсяразностьюквадратовпоказанийселективногомикровольтметра в первом и во втором случаях, пересчитанных ко входу усилителя.В качестве предварительного усилителя исследовались серийно выпускаемыемикросборки С1.153.УП-1 и 848УР-1, которые довольно часто применяются в устройствахобработки сигнала на ПАВ.

Для микросборки 848УР-1 с высоким входным сопротивлением(приблизительно 300-400 Ом) значение спектральной плотности шумового тока, приведенногоко входу усилителя, лежит в пределах 20 ÷ 26 пАС1.153.УП-1 - в пределах 10 ÷ 14 пАГц (соответствует 6 ÷ 8 нВГц (соответствует 1.0 ÷ 1.4 нВГц ), дляГц ). Такие шумовыесвойства предварительного усилителя не позволили регистрировать собственные шумыпьезоплаты. С целью снижения шумов микросборок была применена противошумоваякоррекция на входе с помощью индуктивности. Условием противошумового согласованияявляется выполнение равенстваB22  BL 2  0(5.1)где B22 - реактивная проводимость выходного ВШП пьезоплаты, BL2 - проводимостьиндуктивностипротивошумовойкоррекции.Однако,примененнаяпротивошумоваякоррекция оказалась существенно узкополосной (5 ÷ 7%) и также не позволила применитьупомянутые микросборки для регистрации собственных шумов пьезоплат.

Для того, чтобыснизить шумы предварительного усилителя, были исследованы различные вариантыпостроения дополнительного входного каскада, т.к. именно он определяет шум всегоусилителя, а также возможность применения более эффективной противошумовой коррекциис помощью индуктивности.165Статическая емкость ВШП оказывает шунтирующее действие на полезный входнойсигнал. Степень ее влияния зависит от соотношения проводимости статической емкости ВШПи входной проводимости усилителя. На частоте акустического синхронизма ВШП, когда Ba=0,спектральная плотность полного шумового тока, приведенного ко входу усилителя,определяется выражением: 2Iш 2   I ВШП 4kT f2 YBX1  2 22 Gn  Rn  Ga    СT   2 L 2 2    2 RnGn  2 RnGnGT 2 YBX  Y (5.2)1 где Y   Ga  j  Ba  CT , Ya  Ga  j ( Ba  CT ) - комплексная проводимость на L 2 входных зажимах ВШП; Ga , Ba - активная и реактивная части проводимости излучения ВШП,CT - статическая емкость ВШП, IВШП - эквивалентный источник собственного шума ВШП,точное значение которого измеряется в эксперименте; En , In - эквивалентные шумовыеисточникиусилителя, приведенные ко входу;сопротивлениеEn 2  4kTRn,иIn  4kTGn;2проводимостьRn ,Gn - соответственно шумовыеэтихисточников,причем    j  - коэффициент корреляции шумовых источниковусилителя, YBX -входная проводимость усилителя.В том случае, когда входное сопротивление усилителя на частоте акустическогосинхронизма устройства превосходит активную часть сопротивления на зажимах ВШП илисравнимо с ней (например, при схеме включения транзистора с ОЭ с соответствующейобратной связью или при полевом транзисторе на входе) наблюдается высокое значениеминимального различимого на выходе сигнала.

Как следует из выражения (5.2), значениеминимального различимого сигнала определяется, в основном, шунтированием входногосигнала статической емкостью ВШП и влиянием ее на шумовые свойства предварительногоусилителя. Противошумовая коррекция с помощью параллельной индуктивности в этомслучае также является узкополосной и, таким образом, не позволяет существенно понизитьсобственный шум предварительного усилителя.При входном сопротивлении усилителя меньше реактивной части сопротивления назажимах ВШП, шунтирование полезного сигнала статической емкостью ВШП снижается, т.к.добротность входной цепи становится существенно ниже.

Это приводит к уменьшениюминимального различимого на выходе сигнала (чувствительности). Противошумовоесогласование с помощью параллельно подключенной индуктивности осуществляется в полосечастот, которая может составлять по уровню 3 дБ около 50 % от центральной частоты.Наиболее полно требованию низкого входного сопротивления удовлетворяет входной каскад,выполненный по схеме включения транзистора с общей базой.166Принципиальная схема предварительного каскада усилителя, разработанного дляизмерения спектральной плотности шума ВШП, представлена на рис.

5-2, а частотныезависимости активной и реактивной частей его входного импеданса - на рис. 5-3.Рис 5-2. Принципиальная электрическая схема предварительного каскадаусилителя с ОБ и противошумовой коррекцией55260реактивная часть входного импеданса Омактивная часть входного импеданса Ом5045403530252402202001801601402030507090305070частота МГц90Частота МГцб)а)Рис.

3-5 Зависимость а)-активной и б)-реактивной составляющихвходного импеданса усилителя от частотыРис. 5-3. Зависимость а) активной и б) реактивной частей входного импеданса усилителя сОБ и противошумовой коррекцией от частотыЭтотжекаскадиспользовалсядлярасширениядинамическогодиапазонапьезокристаллических устройств на ПАВ в реально действующих системах. Входноесопротивлениеусилителявдиапазонеработыэкспериментальноисследуемыхпьезокристаллических устройств на ПАВ, составляющем 30 ÷ 80 МГц, не превышает 50 Ом.Это по крайней мере в 5 раз меньше по сравнению с реактивной частью сопротивления назажимах ВШП исследовавшихся фильтров и линий задержки.

Таким образом, используемыйдля работы совместно с ВШП усилитель обладает существенно низким входным167сопротивлением. Противошумовое согласование дополнительно уменьшает спектральнуюплотность шумового тока на 4.5 дБ в полосе частот, составляющей 50 % от центральной, накоторой проводится противошумовое согласование. По сравнению с используемой вустройствах на ПАВ микросборкой 848УР-1 уровень шума предварительного усилителяснизился на 18 дБ, однако, если использовать транзисторы с меньшим сопротивлением базы ибольшей граничной частотой усиления, этот выигрыш можно увеличить.Необходимоотметить,чтозначениеиндуктивностидляосуществленияпротивошумовой коррекции может существенно отличаться от индуктивности, требуемой длясогласования ВШП с усилителем по мощности. Условием согласования по мощности являетсявыполнение равенства:B22  BL 2  BBX  0(5.3)которое несколько отличается от (5.1).

Так, например, для фильтра 04ФЕ1-Е, шумовыехарактеристикикоторогоэкспериментальноисследовалисьиприводятсяниже,индуктивность противошумовой коррекции составляет 0.47 мкГн. При этом для согласованияпо мощности требуется индуктивность 2.7 мкГн, что в 5.7 раза больше. Эта разница можетеще увеличиться, если использовать предварительный усилитель с большей индуктивнойсоставляющей входного импеданса. Этот факт, вместе с рассогласованием ВШП ипредварительного усилителя по активной составляющей импеданса, способствует снижениюотражений сигнала от встречно-штыревых преобразователей в устройствах на ПАВ.В результате снижения шума предварительного усилителя оказалось возможнымрегистрировать собственные шумы пьезоплаты, при этом низкое входное сопротивлениепредварительного усилителя позволило измерять непосредственно спектральную плотностьшумового тока. Шумовые характеристики пьезокристаллических устройств на ПАВизмерялись для широкого класса фильтров и линий задержки различных функциональныхназначений.

Измерения показали, что спектральная плотность мощности шума имеет рядмаксимумов на рабочей частоте и частотах, ей кратных. В качестве примера на рис. 5-4представлены типичные зависимости спектральной плотности шумового тока входныхаподизованных ВШП фильтров 04ФЕ1-Е на частоте акустического синхронизма и 04ФЕ2-Е срасщепленными электродами на второй (б) и третьей гармонике (в) частоты акустическогосинхронизма.

На тех же графиках пунктирной линией приведена зависимость рассчитанногопо формуле Найквиста теплового шума активного сопротивления, измеряемого на зажимахВШП. В пределах погрешности измерения эти кривые совпадают. Многочисленныеизмерения для других ВШП на различных гармониках обнаруживают аналогичноесовпадение. Таким образом, наблюдается довольно точное соответствие шумов ПАВприборов тепловому шуму активной части сопротивления на зажимах ВШП и отсутствие1688каких-либо существенныхшумов.

Максимальные значения пиков спектральной плотностишумового тока достигают значения 6 ÷ 8 пАГц (что соответствует 0.6 ÷ 0.9 нВГц ). Приэтом спектральнаяплотность мощности шума в 3 ÷ 5 раз превосходит значение спектральной7плотности мощности шума собственно усилителя. Таким образом, впервые экспериментальноподтверждено, что динамический диапазон пьезокристаллических устройств на ПАВ с6 предварительным усилителем и противошумовой коррекцией определяется, вмалошумящимосновном, именно шумами пьезокристаллических устройств, а не шумами предварительногоусилителя.5пАСпектральная плотность шумового тока,Гц8887776665554443332243249.0 2 51.5 54.0 56.5 59.049.0 51.5 54.0 56.5 59.0частотаМГцчастота МГцчастота,а)а) МГц32.0 37.0 42.0 47.0 52.055.0 57.5 60.0 62.5 65.0частота МГцчастота,б) МГцчастота МГцчастота,МГцв)в)а)б)1 Измеренная спектр.

пл-ть шумового тока ВШП2 Рассчитанная спектр.пл-ть пл-тьтепловогошума активногосопр.ВШПВШП1 Измереннаяспектр.шумовоготока2 Рассчитанная спектр. пл-ть теплового шума активного сопр. ВШПРис 5-4. Зависимость спектральной плотности шумового тока от частотыа) фильтра 04ФЕ1-Е на первой гармонике, б) фильтра 04ФЕ2-Е на второй гармоникев) фильтра 04ФЕ2-Е на третьей гармоникеЭквивалентнуюшумовуюсхему пьезокристаллическихустройствна ПАВ спредварительным усилителем и противошумовыми коррекциями возможно представить ввиде, изображенном на рис 5-5.U1IcI niYiL1I n1Y11Y12U 2enY22U2Y21U1In2L2InYвхРис. 5-5. Эквивалентная шумовая схема устройств на ПАВ с усилителемСистема Y - параметров описывает акустоэлектронное устройство на ПАВ какчетырехполюсник.

Характеристики

Список файлов диссертации