石英晶体滤波器13一

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 Q
值只能到几百。
•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。
1.3.1
1.3.2 陶瓷滤波器
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。
电感 Lq 电容Cq 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。
1 1 2 Z j jX e 2 r 上式在忽略 q 后可简化为 C0 p 1 2
q2

1.3.1
1 1 2 Z j jX e 2 C0 p 1 2
2 q

由此式画出的电抗曲线如图1.3.4所示。由该图知：
q 时， 当 p ，
Xe
呈容性。
并联谐振频率： f p
C
Cq f q 1 2 C 2 LC 0 1
式中
CqC0 Cq C0
两频率之间的间隔为
1 Cq f f p f q f q 2 Co
1.3.1
晶体的主要特点是它的等效电感 Lq 特别大，而等效电容Cq 特别小。晶体谐振器的品质因数为
信号。
沿弹性体表面传递的声波，有n节换能器，（n+1）
个电极或 N n 2 个周期段。指间距b、指宽a决定声波波
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换能器频率 f 0 d ， 传播速度。
周期段长（波长）： 0 M 2(a b)
当外加信号频率 f s f0 时， 各节所发出的表面波同相迭加，振幅最大， 总振幅 As nA0 （A0 为每节所激发声波强度振幅）。 当 f s 偏离 f0 ，强度减小 （原因是各 A0 振幅不变，但相位变化）。 表面声波滤波器的幅频特性为具有 sin x x 的函数形式， 式中x n f
1 Qo rq
Lq Cq
很大，为（几万~几百万）
图1.3.3（b）所示等效电路的阻抗一般表示式为
1 j Lq Cq Z 1 1 rq j Lq j C C q 0 1 j rq C0
rq
等效于压电 陶瓷谐振子 的固定电容 值；
图1.3.5 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 Q 值高于 LC回路，低于石英晶体。
1.3.2
1.3.3、表面声波滤波器
表面声波滤波器的结构如图1.3.7所示。
图1.3.7 表面声波滤波器结构示意图
量，值很大， 性模数，值 为（几十m 较小， ～几十）H；
弹性体的弹
为（0.01～ 0.1）pF；

d
图1.3.3 晶体谐振器的等效电路 机械摩擦和空 （a）包括泛音在内的等效电路 气阻尼引起的 （b）谐振频率附近的等效电路 （c）电路符号 损耗，值很小，
为（几～几十）
1.3.1
2、谐振频率
1 串联谐振频率： f q 2 LqCq
f0
，（f f f0 ）。
1.3.3
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 0.5 0 0 50 0 0 ，插入损耗最低仅几个dB， 矩形系数可达1.2。 图1.3.8所示为一接有声表面波滤波器的预中放电 路，滤波器输出端与一宽带放大器相接。
当 q p 时，
Xe
呈感性。
图1.3.4 晶体谐振器的电抗曲线
f f p f q 决定了滤波器的通 当 JT 作滤波器使用时，
带宽度。
1.3.1
晶体谐振器与一般振荡回路比较，有以下几个明 显的特点： • ① 晶体的谐振频率f p和 fq非常稳定。这是因为
Cq、rq 由晶体尺寸决定，由于晶体的物理特性 Lq、
1、等效电路
由于各谐波频率相 隔较远，相互影响 晶体作为介质的静态 很小。对于某一具 电容。其数值一般为 体应用（如工作于 （几～几十)pF，较 基频或工作于泛 大。 图（ a与石英片厚度、 ）是考 音），只须考虑此 介电常数、极板面积 虑基频及各 频率附近的电路特 有关。 次泛音的等 性，因此可以用图 S 效电路。 C （b）等效。 0
（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
二、石英谐振器的等效电路及阻抗特性 弹性体的质
1.3.3
简单工作原理
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。1.3.3、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 另一端可用第二个叉指形换能器将声波转换成电
1.3 其他形式的滤波器
1.3.1、石英晶体滤波器
一、石英晶体的物理特性 1、石英晶体的结构 图1.3.1（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。
1.3 图1.3.1 石英晶体 的形状及横断面图
2、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1.3.2就是石英晶体几种
常用的切片方式，晶片经制作金属电极，按放于支架并 封装即成为晶体谐振器元件。
图1.3.2 （a）X切割
石英晶体的各种切割方式 （b）Y切割 （c）AT切割
1.3.1
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。
1.3.1