Диссертация (1143140), страница 33

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

Текст из файла (страница 33)

Шумовые генераторы In1 и In2 отражают тепловой шум сопротивления169излучения соответственно входного и выходного ВШП. Спектральная плотность ихописывается выражениямиIn1 2  4kTfGa1(5.4)In 2  4kTfGa 22где Ga1 , Ga2 -проводимость излучения входного и выходного ВШП.Для встречно-штыревых преобразователей акустоэлектронных устройств различногоназначения существуют методики расчета проводимости излучения, изложенные, например, в[162,163]. Для случая   0  1 возможно пользоваться простыми выражениями для Ga1 , Ga2и проводимости передачи Y21.    sin  N0  Ga1  8 N 2Y 0l    N0 2    sin  M0  2Ga 2  8M Y 0l  M0 (5.5)2(5.6)   sin  N sin  M0  0 Y 21  W 8 NMY 0lNM0(5.7)0где N, M - эффективное количество пар электродов входного и выходного ВШП, ω0 - частотаакустическогосинхронизма,w-зависящийотконструкциипьезоплатыпараметрнаправленности, Y0 - удельная характеристическая акустическая проводимость ВШП,определяемая выражением:Y0 km2 0C02(5.8)где km2 - коэффициент электромеханической связи для ПАВ в материале, l - апертура ВШП,C0 - емкость пары электродов на единицу длины электродов.

Данная емкость определяетсягеометрией электродов и диэлектрической проницаемостью материала звукопровода. Взависимости от отношения ширины электрода к половине расстояния между центрамиэлектродов dn емкость C0 может быть вычислена по приближенной формуле [162]:C 0  2  6,5dn 2  1,08dn  2,37   r  1(5.9)где εr – диэлектрическая проницаемость пьезоматериала подложки. В случае dn = 1 дляниобата лития C0 принимает значение 4.6 пф/см, соответственно значение удельнойхарактеристической акустической проводимости в этом случае Y0 = 1.2·10-6 [Ом·м]-1.170Коэффициент электромеханической связи, определяемый как отношение электрическойи акустической энергий волны, однозначно характеризует пьезоэлектрические свойстваматериала.

Одним из наибольших значений коэффициента электромеханической связиkm2 = 0.045 обладает ниобат лития (LiNO3). Один из самых дешевых материалов окись цинка(ZnO) имеет значение коэффициента km2 = 0.004.5.2 Коэффициент шума приборов на ПАВ, работающих совместно с усилителемЭквивалентная шумовая схема пьезокристаллического устройства на ПАВ, работающегосовместно с усилителем (рис. 5-5), описывается системой уравнений:U 1 Yi  YL1  Y 11  IS  Ini  In1  Y 12U 2U 2 Y 22  YL 2  YВХ   Y 21U 1  In 2  En Y 22  YL 2 Определитель системы(5.10)  Yi  YL1  Y 11Y 22  YL 2  YВХ   Y 12Y 21Решение системы уравнений относительно выходного потенциала имеет видU2 Yi  YL1  Y 11  In 2  In  En Y 22  YL 2    Y 21  Is  Ini  In1Yi  YL1  Y 11Y 22  YL 2  YВХ   Y 12Y 21(5.11)Коэффициент шума, определяемый как отношение средних квадратов полного шумовогонапряжения на выходе к части шумового напряжения, определяемой только тепловымишумами источника сигнала, определяется выражением:F  1  2wFу  1 Fу  1  Bi  BL1  B112  G11 Gi1   1wFуwFу2Gi G11G11 (5.12)  B 22  BL 2 2  B 22  BL 2Gn RnG 22 1 2 RnGn  2 RnGn2G 22GG2222где Y 11  G11  jB11; Y 22  G22  jB 22; Yi  Gi  jBi - полные проводимости входного и выходногоВШП и источника сигнала соответственно; Rn , Gn и     j -рациональная системашумовых параметров усилителя; BL1 и BL2 - проводимости реактивностей противошумовыхкоррекций на входе и выходе пьезоплаты, w G11G 22Y 212зависящий от конструкции пьезоплатыпараметр направленности.

Минимальное значение в случае двунаправленных ВШП на частотеакустического синхронизма равно двум. В случае идеальных однонаправленных ВШП w = 1.Минимальное значение собственного коэффициента шума при согласованном источникесигнала для двунаправленных ВШП, в соответствии с полученным выражением при F = 1,может составлять величину около 7 дБ. Анализ выражения (5.12) показывает, чтокоэффициент шума возможно существенно снизить за счет применения противошумовых171коррекций на входе и выходе пьезоплаты. Значения соответствующих реактивностей, приусловии малости мнимой части коэффициента корреляции шумовых источников усилителя,определяются выражениями:Bi  BL1  B11  0(5.13)B22  BL 2  0откуда определяются значения индуктивностей противошумовых коррекций:L1 1  2 Y 0 Nl Bi 20  kmL2 1 2Y0 Ml0 km 2(5.14)Как уже указывалось выше, условия эффективности противошумовой коррекции длявыходного ВШП пьезоплаты, в отличии от входного, не совпадают с условиями согласованияВШП и усилителя по мощности.

Соответствующий выбор значения L2 позволяет в некоторойстепени снизить уровень трехпролетного эхо-сигнала, однако снять эту проблему полностьюв большинстве случаев не может.Для реальных конструкций приборов на ПАВ при наличии противошумовой коррекцииминимальныйкоэффициентшумаусилителянасовременныхвысокочастотныхмалошумящих транзисторах, согласно выражению (5.12), принимает значение 0.7 ÷ 1 дБ.

Этотфакт и означает, что мощность собственного шума ВШП в 3 ÷ 5 раз превосходит мощностьшума такого усилителя. Как указывалось выше, этот факт полностью подтверждаетсяэкспериментальными данными.В том случае, если активная часть сопротивления излучения выходного ВШПпьезоплаты близка к активной части входного сопротивления предварительного усилителя,применение указанных противошумовых коррекций приближает режим работы устройства крежиму согласования по мощности. За счет этого поднимается уровень трехпролетного эхосигнала и сужается рабочая полоса устройства, что крайне нежелательно во многихпрактических случаях. В значительной степени избежать этого эффекта позволяет применениев первом каскаде усилителя включения транзистора по схеме с общей базой (ОБ).Оптимальные проводимости источников сигнала с точки зрения согласования по шумам длякаскадов с общим эмиттером (ОЭ) и (ОБ) примерно одинаковы, а для согласования помощности отличаются на один - два порядка.

Следовательно, при использовании включениятранзистора по схеме с ОБ, возможно обеспечить одновременно режим полного шумовогосогласования и значительно большего рассогласования по мощности, чем в случаеиспользования каскада с ОЭ. Таким путем существенно снижается уровень паразитноготрехпролетного эхо-сигнала и сопутствующих искажений амплитудно-частотной и фазо-172частотной характеристик устройства.Экспериментальная проверка результатов расчета значения коэффициента шума повыражению (5.12) была проведена на образцах фильтров 04ФЕ1А, 04ФЕ1Б и радиочастотнойлинии (РЛЗ) на 1 мкс с полосой пропускания около 30 %, выполненных на ниобате лития.Уровень подавления трехпролетного эхо-сигнала при работе совместно с серийновыпускаемым усилителем типа 290УР-1 без дополнительного согласования имел значениеоколо -40 дБ. Противошумовая коррекция дает существенный выигрыш – снижениекоэффициента шума на 10 дБ вблизи оптимального значения сопротивления источникасигнала.

Однако, для серийно выпускаемого усилителя, имеющего высокоомный вход(Zвх = 200 ÷ 300 Ом), применение противошумовых коррекций имеет резко отрицательныепоследствия - значительно (до 20 %) сужается полоса пропускания устройства и на 15 дБвырастает трехпролетный эхо-сигнал. Это практически сводит на нет возможностьприменения противошумовых коррекций для таких усилителей при широкой полосе рабочихчастот устройства. Значение коэффициента шума макетных образцов микросборки РЛЗ ссерийным усилителем при стандартном режиме включения в 50-омном тракте составляетоколо 38 дБ.

Минимальное значение коэффициента шума РЛЗ с предложенным входнымкаскадом усилителя, достигнутое при оптимальном с точки зрения шумового согласованиясопротивлении источника сигнала (3.0 кОм), составило 18 дБ. Важно также отметить, что этотвыигрыш возможно реализовать, а в некоторых случаях еще углубить и при других значенияхсопротивления источника сигнала, в том числе и в 50-омном тракте.5.3 Оптимизация параметров пьезоплаты и усилителя по критерию максимальногоотношения сигнала к шумуОбеспечение режима полного шумового согласования в пьезокристаллическихустройствах на ПАВ со встроенными транзисторными усилителями должно производитьсяпри удовлетворении основных рабочих характеристик, присущих каждому конкретномуклассу устройств на ПАВ.

Характеристики

Список файлов диссертации