高频-第二章.pptVIP

2.4.6 耦合回路的串、并联等效互换（续2） 并 串 、 和 、 在变换中近似不变 2.4.6 耦合回路的串、并联等效互换（续3） 2.5 滤波器的其它形式 2.5.1 LC集中选择性滤波器 2.5.2 石英晶体滤波器 2.5.3 陶瓷滤波器 2.5.4 声表面滤波器 2.5.1 LC集中选择性滤波器 LC集中选择性滤波器 LC集中选择性滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等形式。 2.5.2 石英晶体滤波器 石英晶体的物理特性 石英是矿物质硅石的一种（也可人工制造），化学成分是SiO2，其形状为结晶的六角锥体。图(a)表示自然结晶体，图(b)表示晶体的横截面。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ZZ，称为光轴，在图(b)中沿对角线的三条XX轴，称为电轴，与电轴相垂直的三条YY轴，称为机械轴。 2.5.2 石英晶体滤波器（续1） 沿着不同的轴切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。不同切型的频率温度特性不同。 石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械振动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场。 石英晶体和其他弹性体一样，具有惯性和弹性，因而存在着固有振动频率，当晶体片的固有频率与外加电源频率相等时，晶体片就产生谐振。在谐振频率处，换能效率最高。 石英晶体谐振器 的基频等效电路 2.5.2 石英晶体滤波器（续2） 石英晶体谐振器的等效电路 石英片相当一个串联谐振电路，可用集中参数Lq、Cq、rq来模拟，Lq为晶体的质量（惯性），Cq 为等效弹性模数，rg 为机械振动中的摩擦损耗。 电容C0称为石英谐振器的静电容。其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积。一般C0在几pF到几十pF。式中?为石英介电常数，S为极板面积，d为石英片厚度。 石英晶体的特点是： ①等效电感Lq特别大、等效电容Cq特别小，因此，石英晶体的Q值很大，一般为几万到几百万。这是普通LC电路无法比拟的； ② 由于 ，这意味着等效电路中的接入系数 很小，因此外电路影响很小。 2.5.2 石英晶体滤波器（续3） 石英晶体谐振器的等效电抗（阻抗特性） 石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振角频率 ，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的并联谐振角频率 。 显然 ， 由于 ， 与 很接近。 2.5.2 石英晶体滤波器（续4） 石英晶体的等效阻抗为 上式忽略 后可简化为 当 时 ， 串联谐振； 当 时 ，回路并谐谐振。 当 时， 呈容性； 当 时， 呈感性。 石英晶体谐振器的电抗曲线 也可从串并联谐振回路的失谐特性来分析 2.5.2 石英晶体滤波器（续5） 必须指出，在 与 的角频率之间，谐振器所呈现的等效电感 并不等于石英晶体片本身的等效电感 石英晶体滤波器工作时，石英晶体两个谐振频率之间感性区的宽度决定了滤波器的通带宽度。为了扩大感性区加宽滤波器的通带宽度，通常可串联一电感或并联一电感来实现。可以证明串联一电感 则减小 ，并联一电感 则加大 ，两种方法均扩大了石英晶体的感性电抗范围。 2.5.3 陶瓷滤波器 利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它常用锆钛酸铅[Pb(zrTi)O3]压电陶瓷材料（简称PZT）制成。这种陶瓷片的两面用银作为电极，经过直流高压极化之后具有和石英晶体相类似的压电效应。 优点：容易焙烧，可制成各种形状；适于小型化；且耐热耐湿性好。它的等效品质因数为几百，比石英晶体低但比LC滤波器高。 2.5.3 陶瓷滤波器（续1） 符号及等效电路 图中 等效为压电陶瓷谐振子的 固定电容； 为机械振动的等效 质量； 为机械振动的等效弹性 模数； 为机械振动的等效阻尼； 其等效电路与石英晶体相同。 串联谐振频率 并联谐振频率 2.5.3 陶瓷滤波器（续2） 陶瓷滤波器电路 如将陶瓷滤波器连成如图所示的形式，即为四端陶瓷滤波器。图(a)为由二个谐振子组成的滤波器，图(b)为由五个谐振子组成四端滤波器。谐振子数目愈多，滤波器的性能愈好。 下图表示陶瓷滤波器图(a)的等效电路。适当选择串臂和并臂陶瓷滤波器的串、并联谐振频率，就可得到理想的滤波特性。 四端陶瓷滤波器 2.5.3 陶瓷滤波器（续3）