Кварцевые фильтры

Кварцевые фильтры являются самым распространенным видом высококачественных фильтров. В нем используются механические колебания пластинки кварцевого кристалла. Благодаря тому, что они обладают пьезоэффектом легко переходить от электрических колебаний к механическим и наоборот. Внутренняя конструкция и внешний вид кварцевого резонатора приведены на рисунке 1.

Внутренняя конструкция кварцевого резонатораВнешний вид кварцевого резонатора
Рисунок 1. Внутренняя конструкция и внешний вид кварцевого резонатора

Благодаря высокой добротности кварцевых фильтров удается получить узкополосные высокочастотные фильтры. Обычно их частота настройки составляет десятки мегагерц. Пример принципиальной схемы кварцевого фильтра, выполненного на кварцевых резонаторах приведен на рисунке 2.

Условно-графическое обозначение кварцевого фильтра
Рисунок 2. Принципиальная схема кварцевого фильтра шестого порядка

В кварцевых фильтрах стараются разместить резонаторы так, чтобы занять наименьший объём. Пример конструкции кварцевого фильтра на одиночных резонаторах приведен на рисунке 3

Конструкция кварцевого фильтра
Рисунок 3. Печатная плата кварцевого фильтра восьмого порядка

Одиночные кварцевые резонаторы редко используются в промышленных кварцевых фильтрах. Такое решение используется обычно радиолюбителями. В настоящее время намного выгодней купить готовый кварцевый фильтр. Тем более, что на рынке обычно предлагаются фильтры на наиболее распространенные промежуточные частоты. Фирмы-производители кварцевых фильтров для сокращения габаритов используют другое решение. На одной кварцевой пластине напыляется две пары электродов, которые образуют два резонатора, связанные между собой акустически. Внешний вид кварцевой пластинки с подобной конструкцией и чертеж корпуса, куда она размещается приведен на рисунке 4.


Рисунок 3. Внешний вид кварцевой пластинки с двумя резонаторами, чертеж корпуса и внешний вид кварцевого фильтра

Подобное решение получило название кварцевой двойки. Простейший кварцевый фильтр состоит из одной двойки. Её условно-графическое обозначение приведено на рисунке 5.

Условно-графическое обозначение кварцевого фильтра
Рисунок 5. Условно-графическое обозначение кварцевой двойки

Кварцевая двойка по электрическим параметрам эквивалентна схеме полосового фильтра с двумя связанными контурами, приведенной на рисунке 6.


Рисунок 6. Двухконтурная схема фильтра, эквивалентная кварцевой двойке

Отличие заключается в достижимой добротности контуров, и, следовательно, полосе пропускания фильтра. Выигрыш особенно заметен на высоких частотах (десятки мегагерц). Кварцевые фильтры четвертого порядка выполняются на двух двойках, связанных между собой при помощи конденсатора. Вход и выход этих двоек уже не эквивалентен, поэтому обозначается точкой. Схема данного фильтра приведена на рисунке 7.


Рисунок 7. Схема кварцевого фильтра четвертого порядка

Фильтры L1C1 и L2C3 как обычно предназначены для трансформации входного и выходного сопротивления и приведения их к стандартному значению. Подобным же образом строятся кварцевые фильтры восьмого порядка. Для их реализации используют четыре кварцевых двойки, но в отличие от предыдущего варианта фильтр выполняется в одном корпусе. Принципиальная схема подобного фильтра приведена на рисунке 8.


Рисунок 8. Принципиальная схема кварцевого фильтра восьмого порядка

Внутреннюю конструкцию кварцевого фильтра восьмого порядка можно изучить по фотографии фильтра со снятой крышкой, которая приведена на рисунке 9.


Рисунок 9. Внутренняя конструкция кварцевого фильтра восьмого порядка

На фотографии четко просматриваются четыре кварцевых двойки и три конденсатора поверхностного монтажа (SMD). Подобная конструкция используется во всех современных фильтрах, как проникающего, так и поверхностного монтажа. Ее применяют как отечественные, так и зарубежные производители кварцевых фильтров. Из отечественных производителей можно назвать ОАО "Морион", ООО НПП "Метеор-Курс" или группу предприятий Пьезо. В списке литературы приведены некоторые из зарубежных производителей кварцевых фильтров. Следует заметить, что приведенная на рисунке 7 конструкция легко реализуется и в корпусах поверхностного монтажа (SMD).

Как мы видим, сейчас нет проблем купить готовый кварцевый фильтр с минимальными размерами и по приемлемой цене. Их можно использовать для проектирования высококачественных приемников, передатчиков трансиверов или других видов радиооборудования. Для того, чтобы легче ориентироваться в типах предлагаемых на рынке кварцевых фильтров, приведем график типовых зависимостей амплитудно-частотной характеристики от числа резонаторов (полюсов), приведенную фирмой SHENZHEN CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL


Рисунок 10. Типовая форма АЧХ кварцевого фильтра в зависимости от числа полюсов

Дата последнего обновления файла 01.04.2018

Литература:

  1. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — 12-е издание. М.: Додэка XXI, 2015. - 1784
  2. П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники: Пер. с англ. - 7-е издание. - М.: БИНОМ. - 2016. - 704 с.
  3. Кварцевые фильтры ОАО "Морион"
  4. Кварцевые фильтры ООО НПП "Метеор-Курс"
  5. Кварцевые фильтры Группа предприятий Пьезо
  6. International Crystal Manufacturing Company Monolithic crystal filters
  7. SHENZHEN CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD. Quartz Crystal Filter
  8. uroquartz Ltd Filter
  9. А. Денисов Расчет лестничных кварцевых фильтров
  10. А. В. Белых Кварцевые фильтры КВ трансивера

Вместе со статьёй "Кварцевые фильтры" читают:

LC фильтры
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/lc/

RC фильтры
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/rc/

Фильтры на переключаемых конденсаторах
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/sw_c/

Пьезокерамические фильтры
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/piezo/

ПАВ фильтры
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/saw/

Керамические СВЧ фильтры
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/filtr/ceramic/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 70 научных и научно-методических работ, в том числе 16 книг.

Рейтинг@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100