5.2 Резонаторы и резонаторные фильтры

Общие понятия

В многоканальных системах передачи разделение каналов по частоте осуществляется с помощью полосовых фильтров. Чтобы сигналы одного канала не попали в другой, ПФ должны иметь высокую избирательность и большую крутизну (АЧХ должна быть близка к прямоугольной). Поэтому нужно использовать высокодобротные колебательные контуры. Их реализуют с помощью различных резонаторов, так как обычные LC – контуры не могут обеспечить добротности порядка 1000. .В радиосвязи используются еще более высокие частоты (десятки и сотни мегагерц) и для построения избирательных фильтров нужны резонаторы с добротностью в тысячи и десятки тысяч единиц. Такие значения добротности никогда не обеспечиваются в LC-контурах (их добротность не превышает сотни единиц), поэтому в фильтрах применяют высокодобротные механические резонаторы: пьезоэлектрические, магнитострикционные и электромеханические.

Пьезоэлектрические резонаторы и фильтры

В пьезоэлектрических фильтрах роль резонатора выполняет пластинка, вырезанная специальным образом из материала, обладающего пьезоэлектрическим эффектом ( например, из кристалла кварца). Пьезоэффект кварцевой пластинки заключается в появлении на ее поверхностях электрических зарядов при механическом воздействии на пластинку.

Если пьезопластинку поместить между металлическими обкладками и подать на обкладки переменное напряжение, то пластинка начнет совершать механические колебания. На поверхности пластинки возникнут электрические заряды, и во внешней цепи потечет ток. При механическом резонансе амплитуда колебаний пластинки будет максимальной, а ток во внешней цепи –то же максимален. Это подобно резонансу в последовательном контуре.

Рабочий диапазон 10⁴-10⁷ Гц, добротность резонаторов очень большая ( 10000 – 20000), у конденсаторов – тоже большая. Далее показана схема замещения пьезорезонатора с емкостью держателя резонатора C_O и его динамическими параметрами L_d C_d .

По схеме замещения получается реактивный ДП класса ∞ - 0

с 2 резонансными частотами ω _РН, где сопротивление равно 0 и ω_РТ, где сопротивление равно ∞. Относительный резонансный промежуток очень небольшой – доли процента.

Далее приведена мостовая схема режекторного фильтра с

пьезорезонатором в одном плече и индуктивностью в другом. Для согласованного включения здесь используются трансформаторы. Существует теорема для реактивных мостовых фильтров. По ней полоса пропускания находится в диапазоне частот, где знаки реактивных сопротивлений плеч моста разные, а полоса задерживания там, где знаки одинаковые. Пьезоэлектрические фильтры с кварцевыми резонаторами называют кварцевыми. Добротность кварцевых фильтров достигает 10...20 тысяч единиц. У таких фильтров малая ПП или ПЗ – меньше 1 % от средней частоты.

Графики сопротивлений и схема замещения пьезорезонатора приведены ниже.

0 ω _РН ω_∞ ω_РТ Х_В

Резонансные частоты ω _РН и ω_РТ

резонатора будут частотами среза

(граничными). При равенстве

сопротивлений ветвей моста

(точка пересечения ω_∞ )

будет всплеск ослабления (∞).

Если заменить в схеме фильтра индуктивность на емкость, то получится полосовой фильтр