《滤波器的其他形式》PPT课件.ppt

封面 滤波器的其他形式 返回 四川 海螺沟 引言 本页完 引言 高频电子线路除了使用谐振回路与耦合回路作为选频网络外 还经常使用其他形式的滤波器来完成选频作用 这些滤波器有 LC型集中选择性滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 表面声波滤波器等 返回 学习要点 本节学习要点和要求 滤波器的其他形式 了解LC集中选择性滤波器的工作原理 了解石英晶体滤波器的工作原理 了解陶瓷滤波器的工作原理 返回 了解表面声波滤波器的工作原理 主页 滤波器的其他形式主页 使用说明 要学习哪部分内容 只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可 按空格键或鼠标左键进入下一页 结束 LC集中选择性滤波器 返回 海螺沟 陶瓷滤波器 石英晶体滤波器 表面声波滤波器 二 石英晶体滤波器1 石英晶体简介 1 石英晶体的压电效应 石英晶体滤波器 1 石英晶体简介 继续 1 石英晶体的压电效应 石英晶体的符号 本页完 若在晶片的两极板间加一电场 会使晶体产生机械变形 反之若在极板间施加机械力 又会在相应的方向上产生电场 这种现象称为压电效应 若在极板间所加的是交变电场 就会产生机械变形振动 同时机械变形振动又会产生交变电场 金属片 金属片 晶体 石英晶体的结构 当然这种机械振动在一般情形下的振幅是很小的 但振动频率却很稳定 石英晶体实物图片 石英晶体滤波器的Q值高达几万 几百万 2 压电谐振 继续 石英晶体的符号 本页完 当外加交变电压的频率与晶片的固有频率 决定于晶体的尺寸 相等时 机械振动的幅度将急剧增加 这种现象称为压电谐振 因此石英晶体又称为石英晶体谐振器 金属片 金属片 晶体 石英晶体的结构 2 石英晶体的压电谐振 利用石英晶体作振荡器 可以得到稳定度很高的振荡频率 因为其谐振频率由晶体的几何尺寸决定 而其几何尺寸几乎不随温度而变 1 石英晶体简介 1 石英晶体的压电效应 石英晶体滤波器 石英晶体滤波器的Q值高达几万 几百万 石英晶体实物图片 2 石英晶体的等效电路及特性 1 石英晶体的等效电路 继续 石英晶体的符号 本页完 1 石英晶体的等效电路 金属片 金属片 晶体 石英晶体的结构 2 石英晶体的频率特性 石英晶体等效电路 等效电路的总阻抗X为 XC0 XC XL X XC0 1 XL XC 1 1 1 j C0 j 1 L C 1 2 石英晶体的等效电路及特性 1 石英晶体简介 C L和R串联后再与C0并联 得出总阻抗Z 通常R XL 所以R可忽略 Z可用总电抗X替代 C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 根据上式可作出X与 的关系曲线 亦称为谐振曲线 石英晶体滤波器 作出曲线 继续 本页完 根据上式可作出X与 的关系曲线 亦称为谐振曲线 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p 1 石英晶体的等效电路 2 石英晶体的频率特性 等效电路的总阻抗X为 2 石英晶体的等效电路及特性 1 石英晶体简介 C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R X XC0 1 XL XC 1 1 1 j C0 j 1 L C 1 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 过度 继续 2 石英晶体的等效电路及特性 2 石英晶体的频率特性 X X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 2 石英晶体的频率特性讨论串联支路谐振频率 s 继续 本页完 2 石英晶体的频率特性 X 现在讨论 s和 p的意义 在上式中令X 0 有 j sC0 j sL sC 1 1 所以 sL sC 1 0 s 1 2 石英晶体的等效电路及特性 串联支路的谐振频率 LC 由曲线得 s与X 0相对应 式中j sC0不可能 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 显然 s是串联支路的谐振频率 讨论并联回路谐振频率 p 继续 本页完 在上式中令X 有 0 j pC0 j pL pC 1 1 解得 p L C C0 C C0 1 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 现在讨论 s和 p的意义 X X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 由曲线得 p与X 相对应 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 过度 继续 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 讨论并联回路谐振频率 p 继续 本页完 上式中的C C0 C C0 是LC回路中C与C0串联的总电容 所以 p是整个LC回路的并联谐振频率 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 并联回路的谐振频率 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 讨论 p和 s的关系 继续 本页完 并联谐振频率 fs 1 串联谐振频率 把并联谐振频率式子变形为 1 fp LC 2 1 C0 C fp fs 1 C0 C fp L C C0 C C0 1 2 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 并联回路的谐振频率 下面讨论fs和fp之间的联系 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 过度 继续 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 并联回路的谐振频率 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 讨论 p和 s的关系 结论 继续 本页完 由式可知fp fs 但因为C C0 所以 即两个频率非常接近 同时由图中可以看出 晶体在fp fs之间才呈感性 晶体在这个区间内可作电感L用 其他区间呈容性 只能作为电容使用 由于感性区间很窄 所以选频特性很好 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 并联回路的谐振频率 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 2 石英晶体的频率特性 2 石英晶体的等效电路及特性 本内容结束页 继续 本页完 由式可知fp fs 但因为C C0 所以 X 0为感性区域 X 0为容性区域 s p C0 两金属片间电容C 振动弹性 等效于电容L 晶体等效质量惯性 等效于电感R 振动的磨擦损耗 等效于电阻R 串联支路的谐振频率 并联回路的谐振频率 返回 继续 石英晶体滤波器 石英晶体等效电路 即两个频率非常接近 同时由图中可以看出 晶体在fp fs之间才呈感性 晶体在这个区间内可作电感L用 其他区间呈容性 只能作为电容使用 由于感性区间很窄 所以选频特性很好 三 陶瓷滤波器1 单片陶瓷滤波器的构成 陶瓷滤波器 1 单片陶瓷滤波器构成 继续 本页完 利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器 称为陶瓷滤波器 陶瓷滤波器的外形和符号 2L 2 单片陶瓷滤波器的等效电路 陶瓷滤波器 继续 本页完 陶瓷滤波器等效电路 C0 两金属片间电容Cq 振动弹性 等效于电容Lq 陶瓷等效质量惯性 等效于电感Rq 振动的磨擦损耗 等效于电阻R XC0 XC XL 2 单片陶瓷滤波器等效电路 陶瓷滤波器的工作原理与晶体滤波器的原理基本一样 所以其等效电路与晶体滤波器的一样 但其Q值比晶体滤波器的要小很多 一般只有几百左右 2L 1 单片陶瓷滤波器构成 2 单片陶瓷滤波器等效电路 1 单片陶瓷滤波器构成 3 单片陶瓷滤波器的电抗曲线 陶瓷滤波器 继续 本页完 2L X 0为感性区域 X 0为容性区域 q p 3 单片陶瓷滤波器电抗曲线 陶瓷滤波器等效电路 XC0 XC XL p是并联谐振频率 此频率下滤波器阻抗最大 串联谐振频率 L qCq q 1 并联谐振频率 q是串联谐振频率 此频率下滤波器阻抗最小 其中 L qC p 1 2 单片陶瓷滤波器等效电路 1 单片陶瓷滤波器构成 4 单片陶瓷滤波器的应用举例 陶瓷滤波器 继续 本页完 3 单片陶瓷滤波器电抗曲线 中频放大器的电压增益 4 单片陶瓷滤波器的应用 X 0为感性区域 X 0为容性区域 q p 中频放大电路 陶瓷滤波器代替旁路电容的位置 工作过程分析 与陶瓷滤波器fq相同的频率 陶瓷滤波器呈现极小阻抗 此时等效Re最小 负反馈最小 增益最大 而对离fq稍远的频率 滤波器即呈现较大阻抗 此时等效Re较大 使负反馈加大 增益下降 5 三端陶瓷滤波器 5 三端陶瓷滤波器 陶瓷滤波器 继续 本页完 要提高陶瓷滤波器的滤波性能 往往通过把多个陶瓷滤波器进行适当的连接 组成三端 或四端 陶瓷滤波器 两个陶瓷滤波器组成的串 并联陶瓷滤波器 三端陶瓷滤波器符号 多个陶瓷滤波器组成的串 并联陶瓷滤波器 2 单片陶瓷滤波器等效电路 1 单片陶瓷滤波器构成 3 单片陶瓷滤波器电抗曲线 4 单片陶瓷滤波器的应用 5 三端陶瓷滤波器 三端陶瓷滤波器电视机伴音通道举例 陶瓷滤波器 继续 本页完 2 单片陶瓷滤波器等效电路 1 单片陶瓷滤波器构成 3 单片陶瓷滤波器电抗曲线 4 单片陶瓷滤波器的应用 本陶瓷滤波器的串联谐振频率 q 6 5MHz 6 5MHz是电视伴音中频频率 陶瓷滤波器对此频率的阻抗极小 对其他频率阻抗非常大 来自电视中频放大电路 内含38MHz图像中频和6 5MHz伴音中频 经陶瓷滤波器后6 5MHz及频带内的电视伴音中频频率通过 从 脚进入IC进行放大和处理 38MHz图像中频受阻 不能进入伴音IC 应用举例 要提高陶瓷滤波器的滤波性能 往往通过把多个陶瓷滤波器进行适当的连接 组成三端 或四端 陶瓷滤波器 5 三端陶瓷滤波器 本内容结束页 陶瓷滤波器 继续 本页完 2 单片陶瓷滤波器等效电路 1 单片陶瓷滤波器构成 3 单片陶瓷滤波器电抗曲线 4 单片陶瓷滤波器的应用 本陶瓷滤波器的串联谐振频率 q 6 5MHz 6 5MHz是电视伴音中频频率 陶瓷滤波器对此频率的阻抗极小 对其他频率阻抗非常大 来自电视中频放大电路 内含38MHz图像中频和6 5MHz伴音中频 应用举例 要提高陶瓷滤波器的滤波性能 往往通过把多个陶瓷滤波器进行适当的连接 组成三端 或四端 陶瓷滤波器 经陶瓷滤波器后6 5MHz及频带内的电视伴音中频频率通过 从 脚进入IC进行放大和处理 38MHz图像中频受阻 不能进入伴音IC 返回 继续 四 表面声波滤波器1 SAWF的结构 表面声波滤波器 SAWF 表面声波滤波器SWAF结构示意图 继续 本页完 表面声波滤波器是一个把电能转换为声能进行传播 然后再把声能转换回电能的一种器件 1 SAWF的结构 有压电作用的衬底物质 vs的交变电场通过压电衬底物质和换能器 称为叉指 把电能转换为沿衬底传播的声波 表面声波传播方向 再由第二个叉指换能器把声波转换为交流信号 1 SAWF的结构 2 SAWF的频率 表面声波滤波器 SAWF 表面声波滤波器SWAF结构示意图 继续 本页完 SWAF对输入不同频率的交流电信号产生的声波的振幅是不一样的 这由SWAF本身的几何尺寸来确定 设表面声波传播的速度为v 可算出振幅最大时声波的频率f0 2 SAWF的选频频率 当交流电信号产生的声波的波长 0为d时 SWAF产生的声波振幅最大 这与谐振有点相像 此时每节叉指产生声波的振幅用A0表示 SWAF的选频频率 3 SAWF的振幅频率曲线 表面声波滤波器SWAF结构示意图 继续 本页完 SWAF具有体积小 重量轻 中心频率可做得很高 相对频带较宽且较接近矩形等优点 已基本代替了LC集中选择性滤波器 3 SAWF的振幅 频率特性 表面声波滤波器 SAWF 1 SAWF的结构 2 SAWF的选频频率 2NA0 此点即f0处 其声波振幅是最大的 为2NA0 N为叉指的对数 在电视机中 高频放大电路和中频放大电路之间 通常使用SWAF进行滤波 使图像中频放大得比较均匀 但SWAF在声波传送过程中损耗较大 称为插入损耗 这是它的一大缺陷 SAWF的符号 表面声波滤波器SWAF结构示意图 继续 本页完 3 SAWF的振幅 频率特性 表面声波滤波器 SAWF 1 SAWF的结构 2 SAWF的选频频率 SWAF的两种符号 SWAF具有体积小 重量轻 中心频率可做得很高 相对频带较宽且较接近矩形等优点 已基本代替了LC集中选择性滤波器 在电视机中 高频放大电路和中频放大电路之间 通常使用S