Упрощенный расчет топологии фильтра на ПАВ

Исходными данными являются:

– центральная частота f ₀;

– относительная полоса пропускания ∆ f / f ₀;

– число лепестков импульсного отклика m;

– функция аподизации ω(n).

 

Рисунок 5 – Схема проектируемого фильтра на ПАВ

 

а) расчет топологии преобразователей.

Если преобразователь эквидистантный неаподизованный (рис. 5), то расчет топологии ведется по ниже приведенным формулам:

Определяем количество пар N электродов

(5)

f ₀ – центральная частота, а ∆ f = f _в – f _н, где f _в – верхняя граничная частота и f _н – нижняя граничная частота. Значения f _в и f _н вытекают из соотношения ∆ f / f ₀.

Определяем расстояние h между соседними электродами

(6)

где – длина волны.

Рассчитываем толщину электродов по формуле

(7)

Находим апертуру (степень перекрытия) электродов

(8)

б) определение габаритных размеров проектируемого фильтра.

Определяем длину звукопровода

(9)

где L _вх – длина входного преобразователя; L _вых – длина выходного преобразователя; если преобразователь эквидистантный, то

(10)

L ₁ = 8…10 мм – расстояние между преобразователями; L ₂ = 5…10 мм – расстояние между крайним электродом преобразователя и торцевой гранью звукопровода.

Ширина звукопровода фильтра

(11)

где L ₃ = 5…10 мм – расстояние между общей шиной решетки преобразователя и продольной гранью звукопровода; L ₄ = 2 d – ширина общей шины решетки преобразователя.

Толщина звукопровода выбирается около 20λ для уменьшения влияния объемных волн.

Схема измерений

Рисунок 6 – Схема снятия АЧХ фильтров

Приборы и оборудование, применяемые в работе

1. Генератор Г4 - 102.

2. Осциллограф С1-75.

3. Макет с 4 фильтрами и термостатом.

 

Порядок выполнения работы

1. Снять АЧХ трёх фильтров.

Для этого изменяя частоту сигнала генератора на 6 диапазоне (4-10 МГц) для фильтров 1,3 и на 8 диапазоне(20-50 МГц) для фильтра 2 снять зависимость амплитуды выходного сигнала фильтра от частоты.

2. Исследовать влияние температуры на форму АЧХ и уход цент­ральной частоты.

Для этого необходимо получить АЧХ фильтра 4, помещенного в термостат, при комнатной и повышенной температуре на 6 диапазоне (4-10 МГц) генератора.

2.1.Снять АЧХ фильтра 4 при комнатной температуре.

2.2. Установить максимально возможную амплитуду на выходе фильтра 4. Записать значения центральной частоты и амплитуды сигнала. Тумблер "Нагрев" включить. Загорится лампочка на макете. Нагреть на 30°С от комнатной температуры (соответствует маленьким 5 делениям на встроенном индикаторе макета). Снова найти и записать значения центральной частоты и амплитуды сигнала на выходе фильтра.

2.3. Снять АЧХ фильтра 4 при повышенной температуре.

3. Методика получения данных.

Установить максимально возможную амплитуду на выходе фильтра изменением частоты на выходе генератора. Записать значения центральной частоты и амплитуды сигнала. Изменить частоту на генераторе в меньшую и большую сторону от центральной до момента получения амплитуды сигнала на выходе фильтра 0,707 от максимальной амплитуды. Записать значения этих частот. Эти данные используются для расчета добротности и полосы пропускания фильтра. Провести дополнительно 10-15 измерений в указанном диапазоне частот для качественного построения АЧХ фильтра.

 

6. Контрольные вопросы

1. Назовите основные принципы работы акустоэлектронных устройств.

2. Какие существуют области применения устройств на ПАВ?

3. Приведите классификацию устройств на ПАВ.

4. Перечислите основные элементы фильтра на ПАВ.

5. Каким образом идет преобразование сигнала в фильтре на ПАВ?

6. Какие существуют разновидности встречно-штыревых преобразователей? Каковы их особенности?

7. Назовите особенности распространения ПАВ на плате фильтра.

8. Чему равна задержка между входным и выходным сигналом?

9. Какие искажения влияют на работу фильтра?

10 Из каких этапов состоит упрощенный расчет топологии фильтра на ПАВ?

 

Содержание практической части отчета

1 Функциональная схема лабораторного исследования. Приборы, их основные параметры и погрешности измерений. Конструктивные и электрические параметры исследуемых фильтров.

2 Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

3 Графики АЧХ фильтров.

4 Расчет добротности и полосы пропускания фильтров.

5 Выводы с анализом результатов.

 

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ОПТОПАР

 

Цель работы

Цель работы: изучить классификацию, функциональные параметры, устройство, и особенности применения оптопар.

Теоретические сведения

Оптоэлектронный прибор определяется как прибор, использующий оптическое излучение для своего функционирования, т.е. для генерации, детектирования, преобразования и передачи оптических сигналов.

Приборы, в которых выполняется лишь один вид преобразования (излучатели, индикаторы, фотоприёмники, модуляторы и др.), рассматриваются как элементы оптоэлектронных приборов и систем.

Приборы, в которых содержатся излучатели и приемники, взаимодействующие друг с другом в единой конструкции, называются оптопарами или оптронами. Важным признаком является конструктивное исполнение оптрона: если в конструкции создать воздушный зазор между излучателем и фотоприемником, то прибор может быть использован для считывания информации с перфоносителей; если излучатель и фотоприемник соединены гибким стекловолоконным светопроводником, то прибор становится аналогом электрического кабеля. Следовательно, конструкция оптопары, при одинаковой электрической схеме, определяет функциональное назначение прибора.

Оптопарой называют оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприёмник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными, одна из связей (электрическая или оптическая) может отсутствовать.

В состав единого прибора вместе с оптопарой или несколькими оптопарами могут входить еще и дополнительные микроэлектронные или оптические элементы. И конструктивно, и функционально такие приборы существенно отличаются от элементарной оптопары, поэтому в литературе принято использовать для их названия термин «оптрон», при этом имеется в виду оптоэлектронный прибор любого произвольного вида с внутренними оптическими связями.

Классификация оптопар

В качестве источника излучения в оптопарах, как правило, используется светодиод. Это обусловлено следующими его достоинствами: высокое значение КПД преобразования электрической энергии в оптическую; узкий спектр излучения (квазимонохроматичность); широта спектрального диапазона, перекрываемого различными светодиодами; направленность излучения; высокое быстродействие; малые значения питающих напряжений и токов; совместимость с транзисторами и интегральными схемами; простота модуляции мощности излучения путем изменения прямого тока; возможность работы как в импульсном, так и в непрерывном режиме; высокая надежность и долговечность; малые габариты; технологическая совместимость с изделиями микроэлектроники. Поэтому при классификации оптопар учитывается только два признака: тип фотоприемного устройства и конструктивные особенности прибора в целом.

По типу фотоприемного устройства оптопары классифицируются:

Д - диодная, Т - транзисторная, R - резисторная, У - тиристорная, Т² - с составным фототранзистором, ДТ - диодно-транзисторная, 2Д (2Т) - диодная (транзисторная) дифференциальная.

По конструктивным особенностям прибора различают:

По степени интеграции

- оптопары (или элементарные оптроны) – состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)

- оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала:

- с открытым оптическим каналом

- с закрытым оптическим каналом