Проектування спеціального електрорадіоелемента, Загальні положення - Вибір елементної бази УКВ радіоприймача та проектування смугового фільтру

Загальні положення

П'єзоелектричними називають фільтри, що складаються з п'єзоелектричного резонатора, індуктивностей і ємностей. Застосовуються в діапазоні частот від десятків кілогерц до 20 МГц. При роботі на гармоніках можуть застосовуватися до 100 Мгц. Фільтри відносяться до вузькосмугових із відносною смугою пропускання = 0.1% - 2%. Основна їх гідність - висока вибірковість і висока стабільність характеристик.

П'єзоелектричний резонатор - основний елемент фільтру, складається з п'єзоелектричної пластини з електродами і утримувачем.

У п'єзоелектричному резонаторі мають місце як прямий, так і зворотний п'єзоелектричні ефекти. Прямий п'єзоелектричний ефект полягає в тому, що при підведенні до п'єзоелементу механічної дії на гранях його виникають електричні заряди. Зворотний п'єзоелектричний ефект полягає в тому, що при підведенні електричної напруги до п'єзоелементу в ньому виникають механічні напруження. У якості п'єзоелектрика застосовуються кристали кварцу, кристали виннокислого калія і п'єзокераміки.

При розрахунку фільтрів п'єзоелектричний резонатор замінюється еквівалентною електричною схемою, що складається з послідовно з'єднаних індуктивності LS, ємкості СS і опору RS, зашунтованих ємкістю СР

А) б)

Рис.2.1

Послідовну ємкість CS називають динамічною ємкістю, у відмінності від статичної ємкості CР, що є ємкістю конденсатора, утвореного електродами з п'єзоелектричною пластиною.

Залежно від діапазону частот використовується той або інший тип коливань пластини. Для частот нижче 40 кГц застосовуються бруски з коливаннями вигину. Для частот 40 200 кГц використовуються пластини з повздовжніми коливаннями по довжині на основній частоті. У діапазоні 200 800 кГц застосовуються резонатори з коливаннями по довжині на гармоніках, а так само з коливаннями зсуву по товщині. У діапазоні 0,6 20 Мгц застосовуються резонатори з коливаннями зсуву по товщині на основній частоті і на гармоніках, а для частот вище 20 МГц - резонатори з коливаннями зсуву по товщині на гармоніках.

П'єзоелектрична пластина має прямокутну або круглу форму. Електродами є тонкі плівки металу, нанесені на великі грані пластини. Залежно від вимог до фільтру в ньому використовуються пластини різних зрізів. Зріз пластини кварцу визначається по куту розпилювання кристала п'єзоелектрики відносно його осей XYZ. Найбільш споживаними є зрізи XY, GT, AT, BT.

Еквівалентні параметри п'єзоелектричного резонатора розраховуються по формулах, залежно від типу коливання і зрізу. У таблиці 4 наведені формули для розрахунку параметрів резонатора з коливаннями зсуву по товщині. Як матеріал в даному випадку найчастіше використовується кварц. Товщина пластини t (см), площа пластини S (см2), частота F (МГц).

Таблиця 4

Характеристика

Зріз АТ

Зріз ВТ

Діапазон частот, МГц

0,6 20

5 20

Частота fs, МГц

Індуктивність Ls, Гн

Ємкість Cs, нФ|

10-2 . S . fS

0,263 . 10-2 . S . fS

Відношення ємностей

240

600

Температурний коефіцієнт Тс

2 . 10-4 на 1ОС

-8 . 10-4 на 1ОС

Схеми, що містять п'єзоелектричні резонатори і конденсатори називають вузькосмуговими. Еквівалентна електрична схема показана на рисунку (симетрична частина схеми не показана)

Рис.2.2

Ємність С01 рівна сумі статичної ємкості резонатора CP і ємкості додаткового конденсатора CH , Тобто

Ls І Cs - динамічні параметри кварцу.

Проаналізуємо схему, припускаючи, що втрати в елементах схеми відсутні. Частотні графіки опорів плечей дані в таблиці 6 для трьох випадків

    1)С01 < с02 ; 2)С01 = С02; 3)С01 > С02

Таблиця 5

Нижче приведена схема дволанкового мостового фільтру

Рис.2.3

Похожие статьи




Проектування спеціального електрорадіоелемента, Загальні положення - Вибір елементної бази УКВ радіоприймача та проектування смугового фільтру

Предыдущая | Следующая