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文档简介
2.2.3其他形式的滤波器2.2.3.1、石英晶体滤波器2.2.3一、石英晶体的物理特性1、石英晶体的结构图2.2.3.1(a)表示自然结晶体,图(b)表示晶体的横断。为了便于研究,人们根据石英晶体的物理特性,在石英晶体内画出三种几何对称轴,连接两个角锥顶点的一根轴Z,称为光轴;在图(b)中沿对角线的三条X轴,称为电轴;与电轴相垂直的三条Y轴,称为机械轴。图2.2.3.1石英晶体的形状及横断面图高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第1页!2.2.3.12、石英晶体的切割石英晶体谐振器是由石英晶体切片而成。各种晶片按与各轴不同角度切割而成。图2.2.3.2就是石英晶体几种常用的切片方式,晶片经制作金属电极,按放于支架并封装即成为晶体谐振器元件。图2.2.3.2石英晶体的各种切割方式(a)X切割(b)Y切割(c)AT切割高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第2页!3、石英晶体的电特性(1)石英晶体特有的正、反两种压电效应正压电效应:当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时,就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷,呈现出电压。负压电效应:当在垂直于电轴的两面上加交变电压时,晶体将会沿电轴或机械轴产生弹性变形(伸张或压缩),称为机械振动。
2.2.3.1高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第3页!图(a)是考虑基频及各次泛音的等效电路。二、石英谐振器的等效电路及阻抗特性1、等效电路2.2.3.1图2.2.3.3晶体谐振器的等效电路(a)包括泛音在内的等效电路(b)谐振频率附近的等效电路(c)电路符号弹性体的质量,值很大,为(几十m~几十)H;弹性体的弹性模数,值较小,为(0.01~0.1)pF;由于各谐波频率相隔较远,相互影响很小。对于某一具体应用(如工作于基频或工作于泛音),只须考虑此频率附近的电路特性,因此可以用图(b)等效。机械摩擦和空气阻尼引起的损耗,值很小,为(几~几十)晶体作为介质的静态电容。其数值一般为(几~几十)pF,较大。与石英片厚度、介电常数、极板面积有关。高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第4页!晶体的主要特点是它的等效电感特别大,而等效电容特别小。晶体谐振器的品质因数为很大,为(几万~几百万)图2.2.3.3(b)所示等效电路的阻抗一般表示式为上式在忽略后可简化为2.2.3.1高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第5页!晶体谐振器与一般振荡回路比较,有以下几个明显的特点:③晶体在工作频率附近阻抗变化率大,具有很高的并联谐振阻抗。①晶体的谐振频率和非常稳定。这是因为、由晶体尺寸决定,由于晶体的物理特性、它们受外界因素(如温度、震动等)的影响小。②有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的值只能到几百。2.2.3.1高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第6页!2.2.3.3、表面声波滤波器2.2.3.3表面声波滤波器的结构如图2.2.3.7所示。图2.2.3.7表面声波滤波器结构示意图高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第7页!沿弹性体表面传递的声波,有n节换能器,(n+1)个电极或个周期段。指间距b、指宽a决定声波波长。换能器频率,周期段长(波长):
传播速度。高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第8页!目前表面声波滤波器的中心频率可在10MHz~1GHz之间,相对带宽为,插入损耗最低仅几个dB,矩形系数可达1.2。图2.2.3.8所示为一接有声表面波滤波器的预中放电路,滤波器输出端与一宽带放大器相接。图2.2.3.8声表面波滤波器与放大器连接
2.2.3.3高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第9页!(2)石英晶体具有谐振回路的特性因为石英晶体和其它弹性体一样,具有弹性和惯性,因而存在着固有振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时,就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振,又在电路上表现出电谐振。这时有很大的电流流过晶体,产生电能和机械能的转换。(3)具有较小的频率温度特性高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第10页!2、谐振频率串联谐振频率:并联谐振频率:式中两频率之间的间隔为2.2.3.1高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第11页!由此式画出的电抗曲线如图2.2.3.4所示。由该图知:当,时,呈容性。呈感性。当时,作滤波器使用时,决定了滤波器的通当带宽度。图2.2.3.4晶体谐振器的电抗曲线2.2.3.1高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第12页!2.2.3.2陶瓷滤波器2.2.3.2利用陶瓷材料的压电效应构成.单片陶瓷滤波器又称为单端口陶瓷滤波器。图2.2.3.5单片陶瓷滤波器的等效电路和符号(a)等效电路(b)单端口符号图(c)双端口符号图显然,具有与石英相同的谐振特性,其值高于LC回路,低于石英晶体。等效于压电陶瓷谐振子的固定电容值;电感电容电阻分别相当于机械振动时的等效质量、等效弹性模数和等效阻尼。高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第13页!电信号由交叉指形换能器转换成声波。换能器的工作原理是利用压电衬底对电场作用时的膨胀和收缩效应。2.2.3.3、表面声波滤波器电场是由沉积在压电衬底表面的两个平行交错(即交叉指形)的薄膜金属电极上的电位差形成的。一个时变电信号(交流信号源供给)输入,引起压电衬底振动,并沿其表面产生声波。严格地说,传输的声波有表面波和体波,但主要是表面波。在压电衬底的另一端可用第二个叉指形换能器将声波转换成电信号。简单工作原理高频电子线路第二章共16页,您现在浏览的是第14页!当外加信号频率时,各节所发出的表面波同相迭加,振幅最大,总振幅(为每节所激发声波强度振幅)。当偏离,强度减小(原因是各振幅不变,但相位变化)。2.2.3.3表面声波滤波器的幅频特性为具有的函数形式,,()。式中高频
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