高频电子线路第二章课件.ppt

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1、2.2.3其他形式的滤波器2.2.3.1、石英晶体滤波器2.2.3一、石英晶体的物理特性1、石英晶体的结构图2.2.3.1（a）表示自然结晶体，图（b）表示晶体的横断。为了便于研究，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称轴，连接两个角锥顶点的一根轴Z，称为光轴；在图（b）中沿对角线的三条X轴，称为电轴；与电轴相垂直的三条Y轴，称为机械轴。图2.2.3.1石英晶体的形状及横断面图2.2.3.12、石英晶体的切割石英晶体谐振器是由石英晶体切片而成。各种晶片按与各轴不同角度切割而成。图2.2.3.2就是石英晶体几种常用的切片方式，晶片经制作金属电极，按放

2、于支架并封装即成为晶体谐振器元件。图2.2.3.2石英晶体的各种切割方式（a）X切割（b）Y切割（c）AT切割3、石英晶体的电特性（1）石英晶体特有的正、反两种压电效应正压电效应：当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时，就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷，呈现出电压。负压电效应：当在垂直于电轴的两面上加交变电压时，晶体将会沿电轴或机械轴产生弹性变形（伸张或压缩），称为机械振动。2.2.3.1（2）石英晶体具有谐振回路的特性因为石英晶体和其它弹性体一样，具有弹性和惯性，因而存在着固有振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时，就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械

3、共振，又在电路上表现出电谐振。这时有很大的电流流过晶体，产生电能和机械能的转换。（3）具有较小的频率温度特性图（a）是考虑基频及各次泛音的等效电路。二、石英谐振器的等效电路及阻抗特性1、等效电路2.2.3.1图2.2.3.3晶体谐振器的等效电路（a）包括泛音在内的等效电路（b）谐振频率附近的等效电路（c）电路符号弹性体的质量，值很大，为（几十m～几十）H；弹性体的弹性模数，值较小，为（0.01～0.1）pF；由于各谐波频率相隔较远，相互影响很小。对于某一具体应用（如工作于基频或工作于泛音），只须考虑此频率附近的电路特性，因此可以用图（b）等效。机械摩擦和空气阻尼引起

4、的损耗，值很小，为（几～几十）晶体作为介质的静态电容。其数值一般为（几～几十)pF，较大。与石英片厚度、介电常数、极板面积有关。2、谐振频率串联谐振频率：并联谐振频率：式中两频率之间的间隔为2.2.3.1晶体的主要特点是它的等效电感特别大，而等效电容特别小。晶体谐振器的品质因数为很大，为（几万~几百万）图2.2.3.3（b）所示等效电路的阻抗一般表示式为上式在忽略后可简化为2.2.3.1由此式画出的电抗曲线如图2.2.3.4所示。由该图知：当，时，呈容性。呈感性。当时，作滤波器使用时，决定了滤波器的通当带宽度。图2.2.3.4晶体谐振器的电抗曲线2.2.3.1晶体谐

5、振器与一般振荡回路比较，有以下几个明显的特点：③晶体在工作频率附近阻抗变化率大，具有很高的并联谐振阻抗。①晶体的谐振频率和非常稳定。这是因为、由晶体尺寸决定，由于晶体的物理特性、它们受外界因素（如温度、震动等）的影响小。②有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的值只能到几百。2.2.3.12.2.3.2陶瓷滤波器2.2.3.2利用陶瓷材料的压电效应构成.单片陶瓷滤波器又称为单端口陶瓷滤波器。图2.2.3.5单片陶瓷滤波器的等效电路和符号(a)等效电路(b)单端口符号图(c)双端口符号图显然，具有与石英相同的谐振特性，其值高于LC回路，低于石英晶体。等效于压电陶瓷谐振

6、子的固定电容值；电感电容电阻分别相当于机械振动时的等效质量、等效弹性模数和等效阻尼。2.2.3.3、表面声波滤波器2.2.3.3表面声波滤波器的结构如图2.2.3.7所示。图2.2.3.7表面声波滤波器结构示意图电信号由交叉指形换能器转换成声波。换能器的工作原理是利用压电衬底对电场作用时的膨胀和收缩效应。2.2.3.3、表面声波滤波器电场是由沉积在压电衬底表面的两个平行交错(即交叉指形)的薄膜金属电极上的电位差形成的。一个时变电信号(交流信号源供给)输入，引起压电衬底振动，并沿其表面产生声波。严格地说，传输的声波有表面波和体波，但主要是表面波。在压电衬底的另一端可用

7、第二个叉指形换能器将声波转换成电信号。简单工作原理沿弹性体表面传递的声波，有n节换能器，（n+1）个电极或个周期段。指间距b、指宽a决定声波波长。换能器频率，周期段长（波长）：传播速度。当外加信号频率时，各节所发出的表面波同相迭加，振幅最大，总振幅（为每节所激发声波强度振幅）。当偏离，强度减小（原因是各振幅不变，但相位变化）。2.2.3.3表面声波滤波器的幅频特性为具有的函数形式，，（）。式中目前表面声波滤波器的中心频率可在10MHz～1GHz之间，相对带宽为，插入损耗最低仅几个dB，矩形系数可达1.2。图2.2.3.8所示为一接有声表面波滤波器的预中放电路，滤