高频电子线路第二章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,2.2.3.1,2,、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,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,（,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,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。,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,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,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,晶体谐振器与一般振荡回路比较，有以下几个明显的特点：,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。,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。,有非常高的品质因数。而普通,LC,振荡回路的,值只能到几百。,2.2.3.1,2.2.3.2,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。,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,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,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。,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,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,2.2.3.3,5.,衰减器与匹配器,1),高频衰减器,图,2 28,T,型和,型网络,图,2 29,T,型电阻网络匹配器,