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惠州市嵐方實業有限公司

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一、定義

晶體濾波器crystal filter,用晶體諧振器組成的濾波器。與LC諧振回路構成的濾波器相比,晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩定性、過渡帶陡度和插入損耗等方麵都優越得多,已廣泛用於通信、導航、測量等電子設備。


二、分類

分立式晶體濾波器,即由分立式晶體諧振器和分立式電子元件構成的濾波器。

集成式晶體濾波器,即采用集成電路工藝製作的晶體濾波器,其中又分成單片的、串聯單片的和多片的三種類型。


三、原理

晶體濾波器原理

當作用於晶體諧振器的電信號頻率等於晶體的固有頻率時,電能通過晶體的逆壓電效應在晶體中引起機械諧振產生機械能;在輸出端,正壓電效應又將這種機械能轉換為電信號。晶體諧振器及其等效電路和阻抗特性如圖1。其中,L1、C1和R1分別代表晶體諧振器的動態電感、動態電容和動態電阻;C0為晶體支架和電極間的靜態電容。R1通常很小,可忽略不計。這樣,圖1a的等效電路可視為純電抗二端網絡。諧振器的串聯、並聯諧振頻率f1、f2以及比值f2/f1分別為

晶體濾波器

晶體濾波器

比值 f2/f1隨比值C1/C0而異。這個特性可以用來調節晶體濾波器的通頻帶。例如,諧振器外接一個串聯電容器,等效於C1減小、f1升高;而外接一個並聯電容器,則等效於C0增大、f2降低。兩者均可縮小f1與f2之間的間隔,即縮窄通頻帶。如果串接或並接電感器,則將增大頻率間隔,展寬通頻帶。

因晶片不能做得很薄,石英晶體諧振器的基波頻率隻能達到30~35兆赫。工作頻率較高的諧振器大多工作於泛音(高於基頻近奇次倍的振動),但泛音次數越高,串、並聯諧振頻率的間隔越小。

70年代發展起來的離子刻蝕技術能使晶體諧振器的基波頻率接近 500兆赫。但由於外接元件,特別是線圈問題,其泛音頻率也隻能做到 600兆赫,相對帶寬約為0.01%~1%。


四、術語解釋  
1、 插入損耗:信號源直接傳送給負載阻抗的功率(P0)和插入濾波器後傳送給負載阻抗的功率(P1)之比的對數值。通常用分貝(dB)為單位進行度量,表示為IL=10 lg (P0/ P1)。  
2、 通帶波動:通帶內衰耗的最大峰值與最小穀值之差。  
3、 通帶寬度;指相對衰耗小於和等於某一規定值時的頻率寬度(如1dB、2dB、3dB、6dB等)。  
4、 阻帶衰耗:指整個阻帶內的最小衰耗值。  
5、 阻帶寬度:相對衰耗等於和大於某規定值時的頻帶寬度(如40dB、50dB、60dB、80dB等)。  
6、 匹配阻抗:濾波器技術條件中要求的端接匹配阻抗值。  



五、應用指南

晶體濾波器根據其結構不同分為集成式單片濾波器和分離式濾波器。    
集成式濾波器結構簡單、體積小、價格低,但其帶寬和頻率受到限製,分離式濾波器則可以彌補集成式濾波器的不足,使可實現的頻率和帶寬得以拓展。    
數字通訊技術的發展,對晶體濾波器的群延時特性及互調失真指標提出要求,而分離式濾波器能夠較容易解決。  
1、 阻抗匹配:性能優良的濾波器在與其端接的電路阻抗不匹配時,濾波特性會變差,引起通帶波動增大,插損增加。當外電路阻抗低於濾波器特性阻抗時,中心頻率將下移,反之上移。

信號源+電平表"功能由網絡分析儀完成 
Ri、R0:儀器內阻:一般為50Ω 
R1--濾波器輸入端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。 
R2--濾波器輸出端外接阻抗,阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。 
在濾波器條件的匹配阻抗中有時有並接電容要求,應按上圖連接。  
2、 合理的測量電平;如同晶體對激勵電平的要求一樣,濾波器中其核心元件仍是晶體,因此激勵電平在沒有規定時,一般選0dB作為輸入電平。  
3、 良好的屏蔽:對濾波器的輸入端和輸出端進行良好屏蔽,以使信號源的能量不能直接耦合到負載端。對甚高頻以上濾波器,則應使濾波器與儀器間的連接盡量符合同軸線原理。濾波器在線路上時應盡可能采用大麵積接地,並將輸入、輸出端隔離,保證濾波器的阻帶衰耗。









  

六、行業應用

最初的晶體濾波器應用在電話通訊方麵;如今,它廣泛的應用於通訊接收機的中頻選擇和單邊帶係統中。總而言之,晶體濾波器已經在導航、火控係統、儀器、通訊等領域的各種電子設備中得到廣泛的應用。



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