滤波器的其他形式.ppt

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1、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

2、,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,

3、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

4、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,=,jC0,-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RXL，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),X0为感

5、性区域,X0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,=,jC0,-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,X0为感性区域,X0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，

6、等效 于电阻R,石英晶体滤波器,石英晶体等效电路,X0为感性区域,X0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,jsC0,-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jsC0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

7、联回路谐振频率p,继续,本页完,在上式中令X,有,=0,jpC0,-j,pL-,pC,1,1,解得,p=,L,CC0,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,X0为感性区域,X0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,X0为感性区域,X0为容性区域,s,p,C0 两金属片间电容C 振动弹性，等

8、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CC0/(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。,X0为感性区域,X0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

9、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,CC0,C+C0,1,2,X0为感性区域,X0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,X0为感性区域,X0为容性区域,s,p,C0 两金属片

10、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fpfs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。,X0为感性区域,X0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

11、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,X0为感性区域,X0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fpfs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

12、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。,

13、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,X0为感性区域,X0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,LqCq,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,LqC,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,X0

14、为感性区域,X0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

15、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

16、，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

17、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

18、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

19、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

20、，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。,本节结束页,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。,返回,结束,再见,再见,