Дата последнего обновления файла 06.01.2015

Пьезокерамические фильтры

Пьезокерамические фильтры обычно используются для реализации полосовых фильтров промежуточной частоты 455 или 465 кГц. Эти частоты наилучшим образом подходят для реализации супергетеродинных приемников. Название "дискретные" означает, что эти фильтры составлены из отдельных пьезокерамических резонаторов. Частоты 400 ... 500 кГц, оказались наиболее удобными для изготовления дешёвых, технологичных пьезокерамических фильтров. Их размеры оказались в десятки раз меньше, чем у LC фильтров сосредоточенной избирательности, а процесс изготовления более технологическим. При этом стоимость пьезокерамического фильтра значительно ниже стоимости кварцевого фильтра.

Пьезокерамические резонаторы, из которых строится фильтр, обычно выполняют в форме диска диаметром 5 ... 6 мм или квадрата со стороной около 5 мм. Характеристики фильтра полностью определяются от параметрами и количеством резонаторов. Внешний вид пьезоэлектрического резонатора не отличается от внешнего вида кварцевого резонатора, так как их принцип работы не отличается.


Рисунок 1. Внешний вид пьезоэлектрических резонаторов

Пьезокерамические фильтры, выпускаемые промышленностью, обычно выполняют по лестничной схеме. Эта схема наиболее просто и дёшево реализуется конструктивно. На рисунке 2 приведена схема двухзвенного лестничного пьезокерамического фильтра.


Рисунок 2. Принципиальная схема лестничного фильтра

При этом у резонаторов Z1 и Z3 используется частота последовательного резонанса, а у Z2 и Z4 — параллельного. Эквивалентная схема фильтра, приведенного на рисунке 2, показана на рисунке 3.


Рисунок 3. Эквивалентная схема пьезокерамического фильтра

Таким образом данная схема фильтра обеспечивает наличие четырех полюсов амплитудно-частотной характеристики. Параллельные резонансы у резонаторов Z1,Z3 и последовательные резонансы резонаторов Z2, Z4 будут определять частоты нулей АЧХ. Степень связи между резонаторами будет определять вид амплитудно-частотной характеристики (Чебышева второго рода или Золотарева-Кауэра). Типовая амплитудно-частотная характеристика пьезокерамического фильтра приведена на рисунке 4.


Рисунок 4. Амплитудно-частотная характеристика фильтра ФП1П1-61-04-Х

Внешний вид этого фильтра приведен на рисунке 5. При этом имейте в виду, что на фотографии фильтры увеличены за счет макросъемки.


Рисунок 5. Фотография фильтров ФП1П1-61-04-Х

Подобным образом выглядят и пьезокерамические фильтры иностранных фирм. В некоторых образцах за счет применения квадратных резонаторов, упрощенный вид которого приведен на рисунке 1б, реализуется конструкция поверхностного монтажа. В качестве примера, на рисунке 6 приведен внешний вид пьезокерамических фильтров фирмы muRata.


Рисунок 6. Внешний вид пьезокерамических фильтров фирмы muRata

Процесс сборки пьезокерамического фильтра проиллюстрируем на примере фильтра ФП1П1-60. Последовательность сборки показана на рисунке 7.


Рисунок 7. Процесс сборки фильтра ФП1П1-60

Фильтр реализован на семи резонаторах, при этом 4 резонатора включены параллельно, а три — последовательно. Принципиальная схема фильтра ФП1П1-60 приведена на рисунке 8а, а ее конструктивная реализация на рисунке 8б.


Рисунок 8. Схема электрическая принципиальная фильтра ФП1П1-60 (а) и его сборка (б)

Однако не следует забывать, что резонансы в данном виде фильтра происходят за счет механических колебаний, а они могут возникнуть (и возникают) и на более высоких частотах. Причем это не только гармоники основной частоты настройки фильтра. Пример амплитудно-частотной характеристики пьезокерамического фильтра частоты 450 кГц в широком диапазоне частот по данным фирмы muRata приведен на рисунке 9.


Рисунок 9. Амплитудно-частотная характеристика пьезокерамического фильтра 450 кГц

В качестве мер борьбы с всплесками амплитудно-частотной характеристики применяются:

  1. Включение нескольких пьезокерамических фильтров друг за другом
  2. Применение на входе и выходе согласующих ФНЧ LC фильтров
  3. Применение контура, настроенного на промежуточную частоту (например, 450 кГц). Его конструктивная добротность не должна превышать значения Q = 40

Третий вариант наиболее предпочтителен. Эта схема приведена на рисунке 10.


Рисунок 10. Схема согласования пьезокерамического фильтра с выходом смесителя при помощи контура

Литература:

  1. Фрид Е. А., Азарх С. Х. Пьезокерамические фильтры — М.: Энергия, 1967.
  2. Гейер А.Ф. Дискретные пьезокерамические фильтры
  3. Пьезокерамические фильтры и резонаторы для радиоприемной аппаратуры и средств связи
  4. Murata Manufacturing Ceramic Filters for Communications Equipment
  5. SHENZHEN CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD. Filters

Вместе со статьёй "Пьезокерамические фильтры" читают:

Кварцевые фильтры
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/quartz/

ПАВ фильтры
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/SAW/

Керамические фильтры СВЧ
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Ceramic/

Понятие ФНЧ-прототипа
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Prototip/

Аппроксимация АЧХ фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Approks/

Схемы пассивных фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/LC/

Схемы активных RC фильтров
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/RC/

Фильтры на переключаемых конденсаторах
http://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/SW_C/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2015

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

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Rambler's Top100