Кварцевые и электромеханические фильтры

«Кварцевые и электромеханические фильтры» Орел 2009 СОДЕРЖАНИЕ 1.Кварцевые резонаторы их параметры 2.Основные типы кварцевых фильтров. 3.Критерии реализуемости полосовых Фильтров на элементах LC. 4.Электромеханические фильтры. 5.Литература 1. Кварцевые резонаторы и их параметры Необходимость использования в технике связи селективных электрических цепей с относительно узкими полосами пропускания привела к использованию пьезоэлектрических резонаторов, состоящих из пьезоэлектрика и прикреплённых к нему токопроводящих электродов.

Действие пьезорезонаторной колебательной системы основано на явлении пьезоэффекта и состоит в обратимой способности преобразовывать энергию электрических колебаний в энергию механических колебаний. Пьезоэффектом обладают кристаллы кварца, сегнетовой соли, турмалина, титаната бария, титоната-цирконата свинца, танталита лития и других минералов, а также ряд искусственно созданных материалов (например, различные виды пьезокерамики). Рис 1. Наибольшее распространение в технике связи нашли кварцевые резонаторы, которые в простейшем случае представляют собой параллелепипед-пластину, вырезанную определённым образом относительно кристаллографических осей, с напылёнными на ней вакуумным способом электродами.

Одна из конструкций резонатора и его условное схематическое изображение показаны на рисунке 1. В зависимости от типа кварцевой пластины, конфигурации электродов и способа их подключения возможны различные виды её колебаний, среди которых наиболее часто используемыми являются растяжение-сжатие, изгиб, сдвиг по толщине, сдвиг по контуру, кручение.

Значения частот собственных механических колебаний резонатора зависят от его формы и геометрических размеров, плотности и модуля упругости, пьезоэлектрика, массы и геометрии электродов, а также от способа крепления резонатора. У типовых кварцевых резонаторов значение основной частоты собственных колебаний (продольное по длине сжатия – растяжения) находятся в пределах 50 – 200 кГц. Использование резонаторов с колебаниями изгиба позволяет несколько снизить значения приведённых выше частот.

Верхняя же граница применения кварцевых резонаторов определяется наименьшей технологически выполнимой толщиной кварцевой пластины и при использовании колебаний сдвига по толщине составляет 20 – 30 МГц, а при использовании колебаний на гармониках – даже до 200 МГц. В области частот, расположенных вблизи основной частоты собственных механических колебаний пьезорезонатора, схема его замещения с достаточной для инженерной практики точностью может быть представлена в виде одной из двух схем реактивных двухполюсников на рисунке 2а, б. Эти схемы весьма точно определяют рассматриваемый физический объект, так как потери на трение в колеблющейся пластине и потери на электромагнитное излучение в окружающую среду чрезвычайно малы. (Добротность Q последовательного колебательного контура в более точной схеме замещения рисунка 2 достигает значений 10 – 106 единиц). Схема замещения кварцевого резонатора на рисунке 2а используется в расчётах наиболее часто.

Её параметр С0 носит название статической ёмкости резонатора, а параметры Сд и Lд называются соответственно динамической ёмкостью и динамической индуктивностью. Найдём и исследуем выражение для Z (jщ) кварцевого резонатора, воспользовавшись для этой цели схемой замещения на рисунке 2а. а) б) Рис 2. Рис 3. Где, причём очевидно, что. График функции Z(jщ)/j приведён на рисунке 3. Отличительной способностью кварцевых резонаторов является близость частот щд и щр. Интервал частот Дщ называется резонансным промежутком, а отношение (щр -щд)/щд=Д называется относительным резонансным промежутком.

Практически Д 0,004 (0,4%). Ещё одним важным параметром, характеризующим пьезоэлектрический резонатор, является емкостной коэффициент Zд=С0/Сд, называемый иногда просто емкостным отношением.

Учитывая близость частот щд щр можно определить, что rд = 1/2Д 125. Параметры rд и щд очень стабильны. Например, относительное изменение щд, за счёт старения кварца составляет величину (0,5 — 10)*10-6 за несколько тысяч часов работы. Относительное изменение щд, за счёт температурных отклонений на один градус Цельсия лежит в пределах (1 — 10)*10-6 1/град. За последнее десятилетие широкое распространение получили пьезорезонаторы, изготовленные из поликристаллической пьезокерамики типа титаната-цирконата свинца.

Для того чтобы пьезокерамика обладала свойствами пьезоэлектрического монокристалла, она предварительно поляризуется путём приложения к её электродам некоторого постоянного напряжения. По стабильности пьезокерамические резонаторы существенно уступают кварцевым, но зато имеют rд 25, что позволяет при прочих равных условиях строить электрические фильтры с ПП, в 5 — 10 раз более широкой, чем при использовании кварцевых резонаторов.

Заметим, что проблема расширения ПП пьезоэлектрических фильтров во многих практических случаях является одной из центральных и наиболее трудно решаемых проблем при построении селективных устройств рассматриваемого типа. 1.1

Основные типы кварцевых фильтров

Изготовить катушки индуктивности с такой высокой добротностью и с их в... 3. Электромеханические фильтры Электромеханический фильтр – это фильтр, в... В соответствии с типом преобразователей, резонаторов и связок существу... Структурная схеме фильтра на ПАВ представлена на рис.16: рис.16 Входно...

Литература

Литература 1. Белецкий А.Ф. «Теория линейных электрических цепей» стр. 502-508 2. Снегирёв В.Т. «Линейные радиотехнические устройства» стр. 101-103 3. Речицкий В.И. «Акустоэлектронные радиокомпоненты».