Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 7. Нелинейные акустоэлектрониые устройства на поверхностных волнахНа процесс усиления звука нелинейность оказывает вредное влияние, приводя к уменьшению коэффициента усиления и вследствие этого к ограничению динамического диапазона усилителей. Но нелинейные [явления могут быть обращены и на пользу в устройствах обработки сигналов, использующих различные взаимодействия акустических волн с электрическими и механическими полями и между собой. Вследствие своей высокой эффективности в большинстве устройств используется токовый механизм нелинейности, обусловленный взаимодействием звуковой волны с электронами. В настоящее время [70] наиболее существенным применением не только нелинейных акустоэлектронных явлений, но и взаимодействий звука с электронами вообще являются котольверы на ПАВ, или устройства свертки и корреляции, принцип действия которых основан на встречном взаимодействии двух поверхностных волн (рис. 12.18).
Рис. 12.18. Акустоэлектронный конвольвер на базе слоистой системы с воздушным зазором: 1 — пьезоэлектрик, 2 — полупроводник, 3 — разделительные прокладки, 4 — заземленный электрод. Конструкция типичного конвольвера, использующего токовый механизм нелинейности полупроводника, в сущности не отличается от конструкции усилителя ПАВ на основе слоистых структур (ср. рис. 12.16). Если на входы 1 и 2 такого устройства подаются амплитудно-модулированные электрические сигналы с частотами заполнения
где L — расстояние между входами 1 и 2. Сопровождающие эти волны неоднородные электростатические поля
Из (7.1) ясно, что вследствие симметрии задачи вклад в нелинейный ток
где С — комплексная константа, учитывающая эффективность нелинейного взаимодействия и электрический импеданс слоистой системы. Суммарный потенциал со всех точек поверхности полупроводника, который в дальнейшем будем обозначать через U, очевидно, зависит от фазовых соотношений между потенциалами в отдельных точках. В случае пространственной зависимости вида (7.2) наибольший электрический сигнал может быть зарегистрирован с помощью обычного встречно-штыревого преобразователя с периодом
Детальная теория устройств описанного типа, позволяющая рассчитать константу С в зависимости от различных факторов, была развита в работах [90, 91]. Если пространственная протяженность модулирующих импульсов вправо, то выражение (7.3) можно переписать в виде
где
Вычисление корреляционных функций, особенно функций автокорреляции, соответствующих Простейшими устройствами, осуществляющими операцию (7.5), являются пассивные фильтры различных типов, в том числе и фильтры на ПАВ, описанные в §§ 3 и 4. В таких фильтрах роль функции Полные вносимые потери П конвольвера, учитывающие как эффективность нелинейного преобразования, так и потери на возбуждение и детектирование ПАВ, очевидно, зависят от уровня опорного сигнала
где
где Одним из недостатков, препятствующих использованию конвольверов в системах помехоустойчивого радиоприема, является необходимость подачи опорного сигнала одновременно с принимаемым, время прихода которого, вообще говоря, неизвестно. В принципе эта трудность может быть преодолена за счет использования многоканального приемного устройства, каждый из каналов которого рассчитан на определенное время прихода. Но совершенно ясно, что такой вариант далеко не лучший. Более существенного прогресса здесь удается достичь, используя возможность запоминания акустических сигналов на центрах захвата электронов в полупроводнике [94, 95]. Для пояснения принципа запоминания обратимся снова к выражению (7.1), описывающему взаимодействие двух встречных ПАВ, но будем теперь интересоваться током на разностной частоте Запомненный сигнал может быть считан в виде ПАВ при подаче на центральный электрод электрического импульса на удвоенной частоте. При этом в обе стороны от центрального электрода будут распространяться две поверхностные волны удвоенной частоты. Запоминание акустических сигналов может осуществляться не только в результате встречного взаимодеиствия двух ПАВ [95, 96], но и при взаимодействии одной поверхностной волны частоты со с электрическим полем частоты со, подаваемым на центральный электрод [94]. В этом случае на поверхности полупроводника возникает постоянный пространственный заряд, которому соответствует волновой вектор
которое после замены
При подаче считывающей ПАВ на другой ВШП, производя замену
Заметим, что если в качестве считывающих сигналов подавать короткие, дельтаобразные импульсы, то выражение (7.7) будет описывать первоначально запомненный сигнал, Конвольвер с памятью, как и любой пассивный фильтр, может обрабатывать принимаемые сигналы независимо от времени их прихода (но, разумеется, в пределах длительности памяти). К сожалению, эффективность таких устройств, использующих два последовательных акта нелинейного взаимодействия, или четырехволновые процессы, пока еще довольно мала. В лучших образцах Среди других возможных применений нелинейных устройств на ПАВ следует назвать системы считывания оптических изображений, которые могут быть реализованы на основе конвольверов [70, 97, 981. Принцип действия таких устройств легко пояснить на их простейшей разновидности, базирующейся на уже знакомой нам конструкции слоистого полупроводникового конвольвера (рис. 12.18). Предположим, что на поверхность полупроводниковой пластины с помощью объектива спроецировано одномерное оптическое изображение, модулирующее равновесную плотность свободных носителей по закону
Пусть теперь один из сигналов, например
т. е. на временной развертке со скоростью v будет отображаться оптическое изображение Разумеется, кроме использования в радиофизических системах, нелинейные акустоэлектронные устройства могут применяться и в чисто физических исследованиях свойств кристаллов, особенно полупроводников, например для измерения плотности поверхностных состояний [91] или времен релаксации поверхностного заряда на ловушках [95, 96]. В последнем случае измерение зависимости амплитуды сигнала памяти от времени задержки считывающего импульса, которая, вообще говоря, отличается от экспоненциальной, позволяет оценить энергетическую структуру поверхностных состояний полупроводника.
|
1 |
Оглавление
|