Кварцевые ПЧ-фильтры

Фильтрация сигналов промежуточной частоты (ПЧ) осуществляется, как правило, путем использования серийно выпускаемых кварцевых или монолитных фильтров, номенклатура которых чрезвычайно разнообразна. Для ряда устройств, таких, как преселекторы, системы с многократным преобразованием частоты, линии задержки в системах подавления импульсных помех, избирательные каскады в приемниках спе­циального назначения, необходимо разрабатывать индивидуальные схемные решения. Во всех случаях желательно применять устройства минимальной сложности.

Учитывая вышесказанное, рассмотрим реализацию кварцевых полосовых избира­тельных цепей в виде решетчатых структур 2-го и 4-го порядков с характеристиками, аппроксимированными функциями Чебышева, Баттерворта и Гаусса, а также в виде многозвенных лестничных структур 2, 3 и 4-го порядков с чебышевской характеристи­кой. Все эти фильтры, как правило, реализуются путем соединения стандартных, выпускаемых серийно избирательных элементов. В дальнейшем изложении использу­ются основные определения и понятия, относящиеся к полосовым фильтрам, приведен­ные в разд. 1.3 при описании L/C-цепей.

Рассмотрим полосовые фильтры, имеющие решетчатую структуру. Фильтры данно­го типа, реализованные на основе наиболее распространенных, серийно выпускаемых кварцевых резонаторов, и представленная ниже простая методика их проектирования позволяют получить типичное значение относительной ширины полосы пропускания В_р ~ 0,02-0,35%, т.е. 200-3500 Гц на 1 МГц, что, впрочем, не является значительным ограничением для основных практически важных случаев.

На рис. 1.51 изображены соответствующие функции для фильтров с различными характеристиками. Следует отметить, что значение затухания на частотах f_cl и f_c2 для всех характеристик составляет 3 дБ, и это позволяет осуществить их непосредственное сравнение. На рис. 1.52 и 1.53 приведены рекомендуемые схемы фильтров и формулы

Рис. 1.51. Типовые параметры фильтров с характеристиками Чебышева (Т), Баттерворта (В) и Гаусса (G) 2-го и 4-го порядков.

для их проектирования. В табл. 1.11 даны соответствующие коэффициенты к и q, используемые при расчетах. Информация о типичных значениях L/C широко распро­страненных кварцевых резонаторов дается на рис. 1.54. На рис. 1.55 изображены переходные характеристики (отклик на скачок напряжения на входе) рассмотренных решетчатых фильтров 4-го порядка. Величины сопротивлений R₁ и R₂ этих фильтров в общем значительно больше 50 Ом. Если необходимо использовать данные устройства с каскадами, имеющими меньшее входное/выходное сопротивление, то согласование можно осуществить путем уменьшения числа витков во входной/выходной обмотке трансформатора или путем применения трансформаторов с отводами (автотрансфор­маторное включение). Этот способ иллюстрируется в табл. 1.9; вполне допустимо, что

Рис. 1.52. Схема решетчатого полосового фильтра 2-го порядка и расчетные формулы.

Рис. 1.53. Схема решетчатого полосового фильтра 4-го порядка и расчетные формулы.

Таблица 1.11. Коэффициенты для расчета полосовых фильтров, приведенных на рис. 1.52 и 1.53

Вообще говоря, наилучшими избирательными свойствами обладают полосовые фильтры с чебышевской характеристикой. С точки зрения задержки сигнала и опти­мизации группового времени запаздывания лучшие результаты можно получить, используя полосовые фильтры с характеристикой Баттерворта и особенно Гаусса. Необходимо иметь в виду, что, хотя в основу расчета положен чебышевский полосовой фильтр с Ар = 0,1 дБ, практически неравномерность характеристики фильтра в полосе пропускания достигает почти 2 дБ.