Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

II.Пьезоэлектрические трансформаторы (ПЭТ)


I. Кварцевый резонатор, имеющий очень высокую стабильность частоты колебаний.

Применяется в качестве эталонов частоты и при разработке образцовых средств измерений частоты. Особенно высокая стабильность достигается, если кварцевый резонатор поместить в термостат. Существует также особый срез кварцевой пластинки (относительно кристаллографических осей), при котором и без термостата стабильность частоты очень высока.

В данных устройствах пьезоэлемент имеет три или большее число электродов, подключенных к источнику переменного напряжения и нагрузке, либо к нескольким источникам и нескольким нагрузкам. Так же, как и обычные трансформаторы с обмотками, ПЭТ могут усиливать сигнал по напряжению или по току, преобразовывать нагрузочное сопротивление, осуществлять фазовый сдвиг на 180о.

В большинстве случаев ПЭТ являются трансформаторами напряжения, но если они рассчитаны на большие значения токов (в несколько Ампер), то их называют трансформаторами тока. Часть ПЭТ, подключенных к источнику переменного напряжения, называется возбудителем, а часть, подключенная к нагрузке – генератором. В возбудителе за счет обратного пьезоэффекта энергия электрических колебаний переходит в энергию акустических волн, которые распространяются по направлению к генератору. В нем за счет прямого пьезоэффекта энергия механических колебаний преобразуется в электрическую. Так как амплитуда механических колебаний максимальна при резонансе, то именно на резонансных частотах коэффициент трансформации, равный отношению вторичного напряжения к первичному, будет максимальным.

В простейшем виде ПЭТ делается из двух пьезокерамических брусков, склеенных друг с другом. Один брусок служит возбудителем, другой – генератором. Оба бруска сделаны из пьезокерамики различного состава, так как к материалам возбудителя и генератора предъявляются разные требования. В зависимости от расположения электродов на возбудителе и генераторе возможны трансформаторы различных типов. Наибольшее применение получили трансформаторы поперечно- продольного типа. У него в возбудителе электрическое поле направлено поперек, а в генераторе – вдоль. В зависимости от соотношения размеров коэффициент трансформации напряжения в режиме холостого хода может достигать нескольких тысяч.



Кроме «брусковых», применяются и другие ПЭТ: дисковые, цилиндрические. Особенности пьезоэлектрических трансформаторов: отсутствие обмоток, простота устройства, низкая стоимость, малая масса, возможность микроминиатюризации. Недостаток ПЭТ – отсутствие проводимости для постоянной составляющей тока, что не позволяет применять их в некоторых практических схемах.

 

11.2 Физические основы акустоэлектроники

 

Акустоэлектроника – это область электроники, содержание которой – теория и практика создания устройств, основанных на акустоэлектронном взаимодействии и служащих для преобразования и обработки сигналов. К приборам акустоэлектроники относятся: преобразователи временные (устройства задержки сигналов или изменения их длительности), частотные и фазовые (преобразователи частоты и спектра, устройства фазового сдвига), амплитудные (усилители, модуляторы). В ряде случаев использование акустоэлектронных устройств преобразования сигнала оказывается более предпочтительным, чем электрических преобразователей.

В акустоэлектронике для преобразования акустических в электрические колебания и обратно широко используется прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Таким образом, акустоэлектроника тесно связана с пьезоэлектроникой.

Под акустоэлектронным взаимодействием понимают взаимодействие ультразвуковых волн частотой от 107 до 1013 Гц с электронами проводимости в металлах или полупроводниках. Ультразвуковые волны, распространяясь в твердом теле, воздействуют на внутрикристаллические электрические поля. Последние существуют вследствие того, что поля, созданные положительными и отрицательными ионами в промежутках между атомами и молекулами кристаллической решетки, не скомпенсированы, причем напряженность их может быть существенной (до 108 В/см) и более.

Действие ультразвуковых волн состоит в том, что они вызывают колебания кристаллической решетки, и это приводит к изменению напряженности внутрикристаллических полей, которые, в свою очередь, изменяют свое действие на электроны проводимости. Иначе акустоэлектронное взаимодействие называют электрон- фононным взаимодействием. Такое название дано в связи с тем, что ультразвуковые волны и упругие колебания кристаллической решетки можно рассматривать, как и электромагнитные волны, в виде потока квантов энергии. Эти кванты называются фононами. Распространение звуковых волн в кристаллах представляет собой поток фононов. Энергия звуковых волн (фононов) передается электронам проводимости, т.е. происходит электронное поглощение.

Возникновение в металле или полупроводнике тока или ЭДС под действием ультразвуковых волн называется акустоэлектрическим эффектом. Ультразвуковая волна как бы «увлекает» за собой электроны. Ток протекает в направлении распространения звука. Этот эффект выражен сильно в пьезополупроводниках . При интенсивности звука 1Вт/см2 ЭДС достигает нескольких В/см.

При воздействии на кристалл внешнего электрического поля, создающего дрейф электронов в направлении распространения звуковой волны, возможны два случая преобразования:

· скорость дрейфа электронов меньше скорости волны. В этом случае энергия звуковой волны поглощается электронами, и волна затухает,

· скорость дрейфа электронов больше скорости ультразвуковой волны. Тогда электроны отдают свою энергию волне, и ее амплитуда возрастает, т.е. происходит усиление волны. Коэффициент усиления может достигать десятков дБ.

Акустоэлектрический эффект вызывается действием либо объемных ультразвуковых волн в толще кристалла (звукопровода), либо поверхностных акустических волн (ПАВ). ПАВ – это упругие волны, распространяющиеся на свободной поверхности твердого тела или вдоль границы твердого тела с другой средой и затухающие при удалении от границы. ПАВ могут иметь вертикальную поляризацию, когда смещение частиц в волне происходит параллельно границе, но перпендикулярно направлению распространения волны. Чаще всего используются ПАВ с вертикальной поляризацией на границе твердого тела с вакуумом или газом (волны Рэлея).



Важнейшие свойства ПАВ – сравнительно небольшая (1,6- 4,0 км/с) скорость распространения и возможность взаимодействия с планарными структурами в виде пленок на поверхности звукопровода. Этим обеспечивается преобразование ПАВ в электрический сигнал и обратно, а также изменение направления распространения волн, их отражение, усиление, затухание.

Рассмотрим устройство и принцип действия основных приборов акустоэлектроники.

Акустоэлектронные преобразователи (АЭП) на ПАВ (линии задержки, полосовые фильтры, датчики)

Схема простейшего АЭП приведена на рис. 11.3.

 
 

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
РАЗВИВАЮЩИХСЯ НАПРАВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРОНИКЕ | В выходном встречно- штыревом преобразователе (ВШП), к которому подключена нагрузка, возникает электрический сигнал

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 802; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.003 сек.