9.2. Електричні фільтри

Електричні фільтри будуються на RС і LС структурах.

Див. Рис. 132.

Якщо Z₁, Z₂ залежить від частоти, то фільтр типу К, якщо не залежить, то типу М.

Див. Рис. 133, 134.

Для RС фильтрів L змінити на R.

9.3. П’єзоелектричнi і механичні резонатори фільтрів

9.3.1. Загальні положення

Потреба використання резонаторів замість RС і LС зумовлена високою добротністю, точністю і стабильністю їх характеристик.

П’єзоелектричнi резонатори збудовані на п’єзоеффекті, а електромеханичнi на механичних колебаннях в твердих тілах.

Резонаторні фільтри можна поділити:

1) По призначенню:

- резонатори для стабилiзацiї частоти генераторів;

- в фільтрах.

2) По частоте:

- низькочастотні (до 10 Кгц);

- високочастотні (до 10 Мгц).

3) По принципу вагання.

4) По стабильності.

5) По надійності.

6) По масі т. і.

9.3.2. П’єзоелектричнi резонаторні фільтри. Прямий і зворотний п’єзоеффект.

Прямий п’єзоеффект зумовлений появою зарядів під дією деформації.

Зворотний п’єзоеффект зумовлений виникненням деформації під дією електричного поля.

Проявляються як в монокристалах (кварц), так і в полікристаличних речовинах (сегнетокерамика).

Найбільш вживанні види вагання:

Див. Рис. 135.

Модель кварцевого резонатора:

Див. Рис. 137.

L_S- власна iндуктивність пропорциональна масі (від 0.01 до 10 Гн);

C_S- власна ємкість пропорціональна жорсткостi (залежить від добротності);

R_S- опір втрат (від 100 Ом до 1 Ком).

Добротність Q=(1/R_S)L_S/C_S. (Від 10 до 100).

Див. Рис. 138.

f_посл=1/2L_SC_S;

f_пар=1/2C_S+C₀/L_SC_SC₀.

Коефіціент енергетичного зв’язку К_Е: К_Е=E_S/E₀; К_Е=E₀/E_S.

K_f=af_P- частотний коефіціент.

Стабильність- .

Температурний коефіціент кварцевого резонатора:

Див. Рис. 139.

Кладеться в термостат.

Схема застосування. Див. Рис. 140.

Фiльтрова схема. Див. Рис. 141.

9.3.3. Електромеханичні резонатори і фільтри

Використовують металеві деталі різноманітних форм.

Див. Рис. 142, 143, 144.

f=1/2lE/;

f=4l/E/;

f=1/2dE/, ...

Збуджується вагання на основі магнитострикціонного ефекту.

Модель. Див. Рис. 145.

L₀- iндуктивність збудження зв’язана з магнітним полем;

L_М- власна iндуктивність;

C_М- пропорціональна масі.

Має 2 резонанса:

f_пар=1/2L_MC_M;

f_посл=1/2L_M+L₀/L_ML₀L_M.

Див. Рис. 146.

КПД до 60%.

По слідуючому принципу будуються фільтри. Див. Рис. 148.

Використовується до 1 Мгц.

f1 Кгц.

9.3.4. Акустоелектронні фільтри. Фільтри на пзз

Впливати на частотну характеристику можна 3-ма засобами:

1) Змінювати відстань між електродами;

2) Змінювати товщину електродів;

3) ЗмІнювати довжину електродів.

Фільтр на ПАХ представляє трансверсальний фільтр:

Див. Рис. 150.

a_i=a(it)=g(it)-g[(i-1)t];

n

n

i=1

i=0

Y(t)=a_ix(t-it)=a₀x(t-it)+a_ix(t-it);

n

i=1

Y(t)=g(0)x(t)+x(t-it)t{g(it-g(i-1)t)/t};

n

i=1

limY(t)=limg(0)x(t)+limx(t-it)t{g(it-g(i-1)t)/t};

t

0

limY(t)=g(0)x(t)+x(t-)g’()d.

Див. Рис. 151, 152.1,

де 1- поглинач;

2- диелектрик спеціальний, поглощающий горизонтальні вагання.

H_ф(jW)=H_вх(jW)H_вих(jW)- для полосового фільтру.

Режекторний фильтр:

Див. Рис. 152.2, 153.

Можна реализувати фільтри на ПАХ, якщо подложка не володіє п’єзоеффектом (для цього наносять плівку, що володіє п’єзоеффектом).

Див. Рис. 154.

Для одержання температурної компенсації необхідно реализувати слідуючу конструкцію: температурний коефиціент затухання > 0, а на іншому < 0.

9.3.5. Подстройка фільтрів на ПАХ

Див. Рис. 155, 156.

Підключення до електродім вихідного iмпеданса, або подавати перемінні напруги.

Див. Рис. 157.

Діється зміна поляризацiї подложки.

9.3.6. Фільтри на МСХ

Для фільтрів на МСХ використовують железоiтрiєвий гранат. Такі фільтри розраховані на частоту від 100 МГц до 10 Ггц.

Принцип роботи заснован на явищі поляризацiї. Також існують об’ємні хвилі.

9.3.7. Фільтри на ПЗЗ

Фильтри на ПЗЗ будуються на основі трансверсального фільтру (утворен за рахунком резонаторів або за рахуноком конденсаторів).

Робоча частота у трьохтактних до 10 МГц, у однотактних до 3 Кгц.

Достоінства: можливість перебудови частоти.

9.4. Активні і цифрові фільтри

9.4.1. Активні фільтри

Активні фільтри - це пристрої збудовані на основі активних елементів, селективні властивості яких визначаються RС або LС структурами.

H(jW)=B₀(jW)/A_M(jW);

H(S)=B_n(S)/A_M(S);

H₁(S)=(b₁S+b₀)/(a₁S+a₀);

H₂(S)=(b₂S²+b₁S+b₀)/(a₂S²+a₁S+a₀).

Частіше всього реализують звенья I-ой і II-ой міри. Понад високий порядок одержують сполученням звеньєв понад низьких порядків.

P=+jW;

Z=+jW;

q=W/2- показник добротності.

Якщо Q< 2- низкодобротні фільтри;

Q=2- середнедобротні фільтри;

Q> 2- високодобротні фільтри.

Нiзькодобротні фільтри. Див. Рис. 159.

Середнедобротні фільтри. Див. Рис. 160.

Високодобротні фільтри. Див. Рис. 161.

У вигляді RС чотирьохполюсників.

Фільтр НЧ. Фільтр ВЧ. Див. Рис. 162.

Полосовой фільтр. Див. Рис. 163.

ФНЧ: Z₀=R, Z₀^*=R, Z₁=R, Z₂=R|C, Z₃=R, Z₄=C, Z₅=, Z^*₅=R.

ФВЧ: Z₀=R, Z₀^*=, Z₁=R, Z₂=R, Z₃=C, Z₄=R, Z₅=R, Z₅^*=C.

ПФ: Z₀=R, Z₀^*=, Z₁=R, Z₂=R, Z₃=R, Z₄=R, Z₅=C, Z₅^*=R.

РФ: Z₀=, Z₀^*=R, Z₁=R, Z₂=R, Z₃=C, Z₄=R, Z₅=R, Z₅^*=R|C.

Див. Рис. 164.

m

n=1

H_P(S)=ПH_N(S).

Див. Рис. 165.

m

k=1

H _(S)=H_K(S).