无线电通信-2.4 滤波器的其他形式

Lq
般约为几～几十pF。
Cq
rq
a C0
当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感Lq，
b
其值为几H～几十H。
图 2.5.6 石英谐振器的符号
和基频等效电路
晶片的弹性等效为电容Cq，为0.01～0.1pF，因此Cq << C0 。
晶片的摩擦损耗等效为电阻rq，约为几Ω ～几百Ω，理想情况下rq=0。
石英谐振器的品质因数Ｑ可达几万甚至几百万，
因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特性 很陡峭、通带衰减很小的滤波器。
2.5.2 石英晶体滤波器
l. 压电Βιβλιοθήκη Baidu应和压电振荡
在石英晶体两个管脚加交变电场时，它 将会产生一定频率的机械变形，而这种机械 JT 振动又会产生交变电场，上述物理现象称为 压电效应。
X
感
性
O
fs
fp
容性
容性
图2.5.7 石英晶体谐振器的电抗曲线
a
Lq
Cq
C0
rq
b
2.5.2 石英晶体滤波器
3. 石英晶体滤波器的特点
频率稳定度很高
Lq
等效电感Lq特别大、等效电容Cq特别小，故石
Cq
英104晶～体1的06Q，值即频率Q选q择性好r1q。很大,CL它qq具有很高的Q值，高达
rq
当f0 >> f 时： f 0 f1 f 2 通带宽度f f2 f1 f2 1 2 LC C0 / C f / f0 Rs RL R 2f02L / f
一般已知f1、f2或f0、f，设计时L的值给定，则
C 1 (2f 2 ) 2 L , 这种滤波器的传输系数
图 2.5.10 四端陶瓷滤波器
若2L1的串联频率等于2L2的并联频率，则对要通过的 频率，2L1阻抗最小，2L2阻抗最大。 a
1 理想滤波器特性
L1 C1 R1
C01
2L1
L2
2L2 C2
C02
R2
(a)
实际滤波器特性
465－5 465 465＋5
f
(b)
2.5 滤波器的其他形式
• 2.5.1 LC集中选择性滤波器 • 2.5.2 石英晶体滤波器 • 2.5.3 陶瓷滤波器 • 2.5.4 表面声波滤波器
2.5 滤波器的其他形式
• 2.5.1 LC集中选择性滤波器 • 2.5.2 石英晶体滤波器 • 2.5.3 陶瓷滤波器 • 2.5.4 表面声波滤波器
2.5.1 LC集中选择性滤波器
LC集中选择性滤波器可分为低通、高通、带通和
带阻等形式。带通滤波器在某一指定的频率范围fp1 ~ fp2之中，信号能够通过，而在此范围之外，信号 不能通过。
2.5.4 表面声波滤波器
声表面波滤波器SAWF(Surface Acoustic Wave Filter)是一种以铌 酸锂、石英或锆钛酸铅等压电材料为衬底(基体)的一 种电声换能元件。
YY轴(机械轴)：电轴相垂直的轴(3条)
沿着不同的轴切下，有不同的切型，X切型、Y切 型、AT切型、BT、CT……等等。
2.5.2 石英晶体滤波器
为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十
分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数Ｑ
很高。LC型滤波器的品质因数一般在100～200范围 内，不能满足上述要求。
C′ 0
C0
C0
C0
C0
C0
C0″
+
Rs
+ V·s C
L
2C
L 2
L 2C 2
L 2C 2
L 2C 2
L RL C
V·o
-
-
图 2.5.1 LC集中选择性滤波器
多节滤波器是由单节组成的，因此上述五节集中滤波 器的滤波特性如图中虚线所示，其截止频率为f1、f2， 中心频率为f0 。
该滤波器简单设计公式为：
感 性
fs
fp
容性
容性
它具有很高的Q值。 Lq
工作于串联谐振状态
Cq
注意：一般不工作于容性区。 rq
a C0
b
2.5 滤波器的其他形式
• 2.5.1 LC集中选择性滤波器 • 2.5.2 石英晶体滤波器 • 2.5.3 陶瓷滤波器 • 2.5.4 表面声波滤波器
2.5.3 陶瓷滤波器
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。它的等效品质因数ＱＬ为几百， 比LC滤波器高，但远比石英晶体滤波器低。
Z
1. 物理特性：
X
石英晶体谐振器是由天
然或人工生成的石英晶体 切片制成，石英晶体是 Y
XYX
YY
Y
X
X
Y
Y
X
X YX
SiO2的结晶体，在自然界 中以六角锥体出现。
(a)
(b)
图(a)表示自然结晶体 图(b)表示晶体的横截面
ZZ轴(光轴)：连接两个角锥顶点(1条) XX轴(电轴)：沿对角线的轴(3条)
2.5.2 石英晶体滤波器
当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振时，该支路呈纯 阻性，其串联谐振频率
fs 2π
1 LqCq
Lq
Cq
并联谐振频率
rq
fp 2π
1
Lq
CqC0 Cq C0
fs
1 Cq C0
由于Cq<< C0，所以f s ≈f p。
a C0
b
2.5.2 石英晶体滤波器
v
f C0 f0 C
0 约为0.1~
0.3，单节滤波
器的衰减量（f0 10kHz处v）s 约为10 ~ 15dB。
2.5 滤波器的其他形式
• 2.5.1 LC集中选择性滤波器 • 2.5.2 石英晶体滤波器 • 2.5.3 陶瓷滤波器 • 2.5.4 表面声波滤波器
2.5.2 石英晶体滤波器
a
Lq
Cq
C0
rq
b
图 2.5.6 石英谐振器的符号 和基频等效电路
通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，机械 振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。
2.5.2 石英晶体滤波器
2. 石英晶体的等效电路和振荡频率
当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容C0，称 为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一
因此作滤波器时，通带没有石英晶体那样窄，
选择性也比石英晶体滤波器差。它具有与石英晶体 相类似的压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电路与 石英晶体的相同。
优点：容易焙烧，可制成各种形
状；适于小型化；且耐热耐湿性
图 2.5.8 单片陶瓷滤波器 的等效电路和符号
好。
2.5.3 陶瓷滤波器
谐振子数目愈多，滤波器的 带外衰减性能愈强。
a C0
b
其次，晶体的C0>>Cq, 它的接入系数p ≈ Cq /C0很小， 大大减小了加到晶体两端的外部电路元件对晶体的影响。 a
b
Cq
L
q
C
rq
o
2.5.2 石英晶体滤波器
4. 石英晶体滤波器的应用
X
作电感用
工作于串联谐振与并联谐振之间的狭长感 O 性区，电感是频率的函数，且随频率增加而剧 烈增加，从而遏制频率的进一步增加。