Электростатика

 
2.2. Приборы функциональной акустоэлектроники 
Приборы функциональной акустоэлектроники предназна-
чены для преобразования, аналоговой обработки и хранения 
информации. 
С помощью акустоэлектронных приборов и устройств 
можно производить различные операции с сигналами: задержи-
вать по времени, изменять длительность и форму сигналов по 
амплитуде, частоте и фазе, преобразовывать частоты и спектр 
сигналов, сдвигать их по фазе, производить модулирование 
сигналов, производить кодирование и декодирование сигналов, 
интегрирование сигналов, получать функции свертки и корре-
ляции сигналов. Устройства, производящие эти операции, отне-
сены к процессорам сигналов. 
Акустоэлектронные устройства позволяют также осуще-
ствлять хранение информации, такие устройства отнесем к за-
поминающим устройствам. 
На пьезоэлектрическом эффекте основана работа некото-
рых радиотехнических функциональных приборов – кварцевых 
генераторов, фильтров, ультразвуковых линий задержки, аку-
стоэлектронных усилителей и преобразователей.
Схема, отображающая классификацию приборов функ-
циональной акустоэлектроники приведена на рис. 2.11. В этих 
устройствах используются акустические волны в диапазоне 
5 10
6
– 2 10
9
Гц. Использование приборов и устройств функцио-
нальной акустоэлектроники позволяет осуществлять процесс 

---

50 
обработки аналоговой и цифровой информации достаточно 
просто и надежно. При этом удается получить выигрыш в габа-
ритах, массе энергии и стоимости, что характерно для приборов 
микроэлектроники. 
Рис. 2.11. Классификация устройств функциональной 
акустоэлектроники 
2.2.1. Линии задержки 
Линия задержки
предназначена для временной задержки 
сигналов без заметных искажений. 
Основным преимуществом линии задержки (ЛЗ) на ПАВ 
являются их небольшие габариты, достаточно широкий диапа-
зон частот (до 10
9
Гц), хорошая температурная стабильность 
(порядка 10
-6
С
-1
). Эти свойства обусловлены, прежде всего, 
особенностями ПАВ, а именно невысокой (около 10
5
см/с ско-
ростью распространения, бездисперсионностью, эффективным 
преобразованием электрической энергии в акустическую и на-
оборот. Классификация линий задержки приведена на схеме, 
представленной на рис. 2.11. 

---

51 
Линия задержки на поверхностных акустических волнах 
(ПАВ) (рис. 2.12) является твердотельным функциональным 
устройством и представляет собой подложку из пьезоэлектрика 
1, на поверхность которой методом фотолитографии наносятся 
системы токопроводящих элементов. Одна из таких систем – 
излучающий преобразователь ПАВ 2 – подключается к источ-
нику входного сигнала, другая – приемный преобразователь 
ПАВ 3 – к нагрузке.
Рис. 2.12. Линия задержки на поверхностных 
акустических волнах 
В качестве звукопровода 1 обычно применяется пластина, 
или стержень, или провод из пьезоэлектрического материала 
(например, ниобат лития LiNbO
3
, пьезокварц SiO
2
, германат 
висмута Bi
12
GeO
20
, пьезокерамика) с тщательно отполирован-
ной поверхностью, на которой расположены электромеханиче-
ские преобразователи: входной 2 и выходной 3. Эти преобразо-
ватели обычно выполняются в виде гребенчатых электродов из 
тонкой металлической пленки толщиной 0,1 – 0,5 мкм. Их на-
зывают встречно-штыревыми преобразователями (ВШП). К 
входному ВШП подключен источник электрического сигнала, и 
в звукопроводе возникает ПАВ. А в выходном преобразователе, 
к которому подключена нагрузка, возникает электрический 
сигнал. Края на обоих концах пластинки искажаются или на-
гружаются абсорбционной резиной для подавления отражения в 
направлении распространения первичной волны. Под действи-
ем высокочастотного электрического напряжения источника 
сигнала в зазорах между смежными электродами излучающего 

---

52 
преобразователя возникает переменное электрическое поле, ко-
торое вследствие пьезоэффекта материала подложки вызывает 
механические колебания в ее поверхностном слое. Эти колеба-
ния распространяются в тонком приповерхностном слое под-
ложки в направлениях, перпендикулярных электродам в виде 
поверхностных акустических волн. Между смежными электро-
дами приемного преобразователя вследствие обратного пьезо-
эффекта механические колебания ПАВ обуславливают появле-
ние электрического напряжения, которое и является выходным 
сигналом.
Время задержки 
t
з
между входным и выходным электри-
ческими сигналами определяется по формуле: 
, 
(2.4)
где 
l
- среднее расстояние между системами ВШП; 
V
- 
скорость 
распространения 
поверхностно-
акустической волны. 
Максимальное акустоэлектрическое взаимодействие сис-
тем ВШП имеет место при характеристической частоте 
f
0
, опре-
деляемой следующим соотношением: 
, 
(2.5)
где 
h
- шаг ВШП. 
С целью устранения нежелательных отражений ПАВ от 
торцов подложки, а также с целью ослабления других типов 
акустических волн, которые могут быть возбуждены излучаю-
щим преобразователем ПАВ, все нерабочие грани и ее торцы 
покрываются специальным звукопоглощающим покрытием. 
v
l
t
з
h
v
f
0

---

53 
Поверхностные акустические волны обладают всеми 
свойствами объемных волн, доступны для воздействия на всем 
пути их распространения вдоль линии, а технология изготовле-
ния ультразвуковых линий с поверхностными волнами совмес-
тима с технологией изготовления интегральных микросхем. 
Наиболее широкое распространение в технике получили по-
верхностные волны ультразвукового диапазона. Применение 
акустических волн этого диапазона позволило уменьшить габа-
риты акустических линий задержки.