Реферат: Кварцевые и электромеханические фильтры - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Кварцевые и электромеханические фильтры

Банк рефератов / Информатика, информационные технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 2662 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Академия России Кафедра Физики РЕФЕРАТ « Кварцевые и электромеханические фильтры » Орел 200 9 СОДЕРЖАНИЕ 1. Кварцевые резонаторы их па раметры 2.О сновные типы кварцевых фильтров. 3 . Критерии реализуемости п о лосовых Фильтров на элементах LC . 4 . Электромеханические филь т ры . 5.Литература 1. Кварцевые резонаторы и их параметры Необходимость использов а ния в технике связи селективных электрических цепей с относительно узкими полосами пропускания привела к использованию пьезоэлектрических резонаторов, состоящих из пьез о электрика и прикреплённых к нему токопроводящих электродов. Действие пьезорезонаторной колебательной системы основано на явлении пьезоэффекта и состоит в обратимой способности преобразовывать энергию электрических колебаний в энергию механических кол е баний. Пьезоэффектом обладают кристаллы кварца, сегнетовой соли, турмалина, т и таната бария, титоната-цирконата свинца, танталита лития и других минер а лов, а также ряд искусственно созданных материалов (например, различные виды пьезок е рамики). Рис 1. Наибольшее распространение в технике связи нашли кварцевые резонаторы, которые в простейшем случае представляют собой паралл е лепипед-пластину, вырезанную определённым образом относительно кристаллографических осей, с напылёнными на ней вакуумным спос о бом электродами. Одна из конструкций резонатора и его условное схематическое изображение показаны на рису н ке 1. В зависимости от типа ква р цевой пластины, конфигурации электродов и способа их подключения возможны различные виды её колебаний, среди которых наиболее часто используемыми являются растяж е ние-сжатие, изгиб, сдвиг по толщине, сдвиг по контуру, кручение. Значения частот собственных механических колебаний резонатора зависят от его формы и геометрических размеров, плотности и м о дуля упругости, пьезоэле к трика, массы и геометрии электродов, а также от способа крепления резонатора. У типовых кварцевых резонаторов значение основной частоты собственных колебаний (продольное по длине сжатия – растяжения) находятся в пределах 50 – 200 кГц. Испол ь зование резонаторов с колебаниями изгиба позволяет несколько снизить знач е ния приведённых выше частот. Верхняя же граница применения кварцевых резонаторов определяется наименьшей технологически в ы полнимой толщиной кварцевой пластины и при использовании колеб а ний сдвига по толщине составляет 20 – 30 МГц, а при использовании кол е баний на гармониках – даже до 200 МГц. В области частот, расположенных вблизи основной частоты собс т венных механических колебаний пьезорезонатора, схема его замещения с достаточной для инженерной практики точностью может быть представлена в виде одной из двух схем реактивных двухполюсников на р и сунке 2а , б . Эти схемы весьма точно определяют рассматриваемый физический объект, так как потери на трение в коле б лющейся пластине и потери на электромагнитное излучение в окружающую среду чрезвычайно малы. (Добротность Q последовательного к о лебательного контура в более точной схеме замещения рисунка 2 до с тигает значений 10 – 10 6 единиц). Схема замещения кварцевого резонатора на рисунке 2а используется в расч ё тах наиболее часто. Её параметр С 0 носит название статической ёмкости резонатора, а параметры С д и L д называются соответственно динамической ёмкостью и динам и ческой индуктивностью. Найдём и исследуем выражение для Z ( j щ ) кварцевого резонатора, воспользовавшись для этой цели схемой замещения на р и сунке 2а. а) б) Рис 2. Рис 3. Г де , причём очевидно, что . График функции Z ( j щ )/ j приведён на р и сунке 3. Отличительной способностью кварцевых резонаторов является близость частот щ д и щ р . Интервал частот Дщ называется резонансным промежутком, а отношение (щ р - щ д )/щ д =Д называется относительным резонансным промежутком. Практически Д 0,004 (0,4%). Ещё одним важным параметром, характеризующим пьезоэлектрический резонатор, я в ляется емкостной коэффициент Z д =С 0 /С д , называемый иногда просто емкостным о т ношением. Учитывая близость частот щ д щ р можно определить, что r д = 1/2Д 125. Параметры r д и щ д очень стабильны. Например, относительное и з менение щ д , за счёт старения кварца составляет величину (0,5 — 10)*10 -6 за несколько тысяч часов работы. Относительное изменение щ д , за счёт температурных отклонений на один градус Цел ь сия лежит в пределах (1 — 10)*10 -6 1/град. За последнее десятилетие широкое распространение получили пьезорезонат о ры, изготовленные из поликристаллической пьезокерамики типа титаната-цирконата свинца. Для того чтобы пьезокерамика обладала свойствами пьез о электрического монокристалла, она предварительно поляризуется путём приложения к её электр о дам некоторого постоянного напряжения. По стабильности пьезокерамические р е зонаторы существенно уступают кварцевым, но зато имеют r д 25, что п о зволяет при прочих равных условиях строить электрические фильтры с ПП, в 5 — 10 раз более широкой, чем при использовании кварцевых р е зонаторов. Заметим, что проблема расширения ПП пьезоэлектрических фильтров во многих практически х случаях является одной из цен тральных и наиб о лее трудно решаемых проблем при построении селективных устройств рассматриваем о го типа. 1.1 Основные типы кварцевых фильтров В пределах полосы пропускания характеристика затухания кварцевого филь т ра может быть монотонной, равноволновой или близкой к равноволновой, что опр е деляется как методом расчёта, так и точностью изготовления кварцевых пластин. В пределах полосы задержания характеристика затухания может монотонно возрастать или иметь нек о торое число всплесков затухания. В зависимости от требований, предъявляемых к кварцевому фильтру, испол ь зуются те или иные типовые структуры – мостовые без расширительных катушек, мостовые с расширительными катушками, лестничные и монолитные кварц е вые фильтры. Основные характеристики этих типов рассматриваются ниже. а) Дифференциально-мостовые кварцевые фильтры. Рис 4а. Рис 4б. Прототипом подавляющего большинства кварцевых фильтров, используемых в аппаратуре связи, является мостовой симметричный четырёхполюсник, схема которого изображена на р и сунке 4а. Известно, что в мостовой схеме полоса пропускания находится в области частот, где Z a и Z б имеют разные знаки. Включим вм е сто Z a и Z б кварцы, у которых нули и полюсы их сопротивления на х а рактеристических строках смещены относительно друг друга, как показано на рису н ке 5. Рис5. Тогда полоса пропускания будет лежать в заштрихованной на рисунке 5 о б ласти. Как видно она примерно равна двум промежуткам, где кварц имеет индукти в ный характер. Включим теперь вмсето Z a два параллельно соединённых кварца со смещё н ными нулями и полюсами, а вместо Z б кварц с параллельно ему включённой ёмкостью. Эквивалентные схемы реактивных двухполюсников, соответствующие такому с о единению показаны на рисунках 6а и 6б. Рис 6. Определим полосу пропускания при соответствующем подборе резонансных частот кварцев (рисунок 7). Рис 7. Видно, что при такой конструкции полоса пропускания расширяется и равна примерно трём промежуткам, где сопротивление кварца имеет индуктивный хара к тер. Указанные схемы обладают избыточным числом элементов и поэтому практически никогда не используются. Обычно от мостовой схемы переходят к эквивалентной с идеальным трансформатором, име ю щим отвод от середины вторичной обмотки (рисунок 4б). Такой трансформатор носит название диффере н циального. Мостовая структура кварцевого фильтра сохраняет за собой лишь теоретич е ское значение. Условия эквивалентности схем доказываются в литературе и прив е дены на рисунках 4а и 4б. Фактически схема замещения реального трансформатора включает в себя индуктивность холостого хода и индуктивности рассеяния. Последние при надлежащем исполнении могут быть достаточно мал ы ми и их можно не учитывать. Однако индуктивность холостого х о да, как правило, оказывает влияние на характ е ристики кварцевых фильтров и ею пренебречь нельзя. С целью компенсации этого влияния параллельно первичной обмотке дифференциального трансформатора включается дополнительная ёмкость. Она образует с указанной индуктивностью п а раллельный колебательный контур, который настраивается на среднюю частоту полосы пропускания фильтра, что и позволяет существенно п о высить сопротивление холостого хода трансформатора в пределах этой пол о сы. В качестве примера на рисунке 8 приведена дифференциально-мостовая сх е ма фильтра, имеющего в одном плече два кварца, а в другом – кварц и конденс а тор. Р и с 8. Можно показать, что рабочее затухание таких схем при R г = R н = R 0 определяе т ся формулой , анализ этого выражения и характеристических строк (рисунки 5 и 6) свидетельствуют, что область ча с тот, где может быть расположена ПП является весьма узкой и составляет примерно 0,8% от средней частоты ПП. Это утверждение справедливо для всех типов фильтров, поскольку мостовая структура является ун и версальной, то есть любая другая структура может быть эквивалентно пр е образована к мостовой. Для расширения ПП пара л лельно кварцевым резонаторам включают катушки индуктивности, образующие с ёмкостью кварцеде р жателя С 0 параллельный колеб а тельный контур. Резонансная частота этого контура выбирается вблизи средней частоты пол о сы пропускания фильтра щ 0 = Схема дифференциально-мостового кварцевого фильтра с расш и рительными катушками индуктивности показана на рисунке 9. Рис 9. Двухполюсники Z a и Z б при наличии расширительных катушек индуктивн о сти могут быть представлены схемами рисунка 10а , б , а ниже изображены их характер и стические строки. Нетрудно заметить, что область частот, где Z a / j и Z б / j имеют ра з ные знаки, при наличии расширительных катушек индуктивности существенно расширилась, сл е довательно, увеличилась ПП. Использование катушек индуктивности позволяет расширить ПП до (8-10)% от средней частоты, что на порядок выше значений, достигаемых без дополнительных индуктивностей. Этот тип кварцевых фильтров часто называют широкополо с ными. Рис 10. б) Лестничные кварцевые фильтры. При построении кварцевых фильтров с относительной шириной ПП порядка (0,01-0,08)%. Заметное распространение нашли кварцевые фильтры лес т ничной структуры. Существуют три их типа: - с кварцевыми резонаторами в поперечных ветвях; - с кварцевыми резонаторами в продольных ветвях; - с кварцевыми резонаторами в поперечных и продольных ветвях. Схема кварцевого фильтра первого типа изображена на р и сунке 11 . Рис 11. Воспользуемся условиями фильтрации для характеристического затухания. Для этого вычертим графики частотной зависимости реактивных сопротивлений Z 1 / j , Z 2 / j и определим область, где они имеют разные знаки, кроме того, | Z 2 |>| Z 1 |. На рисунке 12 эта область заштрих о вана. Из рисунка 12 видно также, что ноль сопротивления лежит левее полосы пр о пускания, следовательно, можно утверждать, что здесь будет всплеск зат у хания. Примерный график а ( щ) показан на рис . 13. Если кварцы и ёмкости поменять местами, то нетрудно предст а вить, что всплески затухания будут находиться правее ПП, а в случае включения кварц е вых резонаторов в продольное и поперечное плечи всплески затухания будут как левее, так и правее полосы пропус кания. Рис 12. Рис 13. 2. Критерий реализуемости полосовых фильтров на эл е ментах LC Наличие тепловых потерь в катушках индуктивности и конденсаторах ухудшает характеристики фильтров по сравнению с х а рактеристиками для фильтров с идеальными элеме н тами. Особенно заметным оказывается влияние потерь для полосовых фильтров с узкой полосой пропускания, когда ( пол о са пропускания фильтра, центральная частота полосы пропуск а ния). В частности ПФ, характеристики которого рассчитаны по формулам для ид е альных реактивных элементов и выполнены из элементов с потерями, сохранит работоспособность, если до б ротность Д ля и получим . Изготовить катушки индуктивности с такой высокой добротностью и с их высокой температурной стабильностью не предо с тавляется возможным. В связи с этим возникает необходимость применения др у гих более качественных фильтров. К этим фильтрам относятся электр о механические фильтры. 3. Электромеханические фильтры Электромеханический фильтр – это фильтр, в котором происходит двойное преобразование сигнала: сначала электрический сигнал прео б разуется в механические колебания, а затем, после отфильтровки, оставшаяся часть сигнала преобразуется в исходную форму эле к трических колебаний. а) Структурная схема электромеханических фильтров, и их кла с сификация. Структурную схему ЭМФ можно представить в следующем виде: (рис.1 4 ) рис.1 4 Вх.пр.- входной преобразователь. Мех. Рез., элем. св. - механические резонаторы. Вых.пр. – выходной преобразователь. Входной преобразователь преобразует электрический сигнал в механические колебания, а выходной преобразователь наоб о рот. Механические резонаторы и элементы связи между резонаторами осущест в ляют фильтрацию сигнала. Механические резонаторы и элементы связи могут изготавл и ваться из различных материалов (кварц, пьезокерамик , магнитострикционные ферриты, железо-никелевые сплавы и т.д. ) . В соответствии с типом преобразователей, резонаторов и связок существуют фильтры: - пьезоэлектрические (пьезокристаллические, пьезокерамич е ские); - магнитострикционные; - на поверхностных акустических волнах (ПАВ). б) Магнитострикционные фильтры. Строятся на основе резонаторов из ферромагнитного матери а ла. Схему магнитострикционного дискового фильтра с проволо ч ными связками можно представить в следующем виде: рис. 15 Электрический ток ( ) от генератора проходит через резон и рующую емкость и обмотку преобразователя . Проходя через обмотку, он создает магнитное поле, которое пронизывает ферритовый стержень, вызывая колебания последнего с частотой сигнала генератора. Эти колебания передаются первому дисковому резонатору посредством тонкой проволочной связки. Механическая энергия п е редается от диска к диску посредством проволочных связок, приваренных по окружности каждого диска. Колебания от последнего диска через проволочную связку возбуждают выходной преобразов а тель. Механические напряжения, возникающие в выходном преобразователе, вызывают появление переменного магнитного поля, ко торое в свою очередь индуцирует электр и ческое напряжение на зажимах выходного преобразователя и нагрузочного сопр о тивления. Полосовые фильтры из магнитострикционных преобразователей играют важную роль в реализации высокочастотных фильтров для однополосных радио и тел е фонных систем. В преобразователях фильтров используется металлические сплавы и ферриты (преимущественно). Магнитострикционные фильтры находят широкое применение в технике связи. в) Фильтры на поверхностных акустических вол нах . Фильтры на поверхностных акустических волнах ( ПАВ ) – это упругие возмущения, распространяющиеся в тонком п о верхностном слое твердого тела. С точки зрения обработки сигналов ПАВ обладают двумя существенными преимущес т вами: а) очень малая скорость распространения ( 1 5 км/с, т.е. примерно на 5 п о рядков ниже скорости ЭМ волн); б) возможность взаимодействия с планарными структурами на поверхности звукопровода, обеспечивающая управляемое изменение характеристик ПАВ устройств, т.е. изменение скор о сти, затухания и т.д. В качестве среды распространения ПАВ (звукопровода) испол ь зуют обычно пьезоэлектрические материалы: кварц, ниобат лития, германад висмута, пьезокер а мику. Возбуждение и прием ПАВ достигается планарными встречно-штыревыми структурами за счет пьезоэффекта. Первое преимущество позволило создать интегральные линии з а держки на ПАВ. Второе преимущество дало возможность создать целую серию самых разн о образных устройств на ПАВ, например П Ф . Недостатками ПАВ являются значительные размеры, необходимость тщательной настройки параметров в процессе изготовления и подстройки в ходе эк с плуатации. В любом ПАВ устройстве частотно-селективными свойствами обладают собственно пьезопреобразователи, возбуждающие и принимающие ПАВ и формирующие АЧХ устройс т ва. Структурная схеме фильтра на ПАВ представлена на рис. 16 : рис. 16 Входной преобразователь 1 подключается к источнику э лектрического сигнала (генератору) и создает на поверхности пьезоэлектрическ о го звукопровода 2 знакопеременное электрическое поле. За счет пьезоэффекта под действием электрического поля в звук о проводе возникают упругие деформации, распространяющиеся в обе стороны от преобразователя. Благодаря прямому пьезоэффекту у п ругие деформации на поверхности звукопровода сопровождаются возникновением эле к трического поля, воспринимаемого выходным преобразоват е лем 3. Анализ развития ПАВ показывает устойчивую тенденцию перехода от уникальных устройств для обработки сложных сигналов к униве р сальным и массовым элементам аппаратуры: фильтрам различных типов, резонаторам, линиям з а держки. В нашей стране фильтры на ПАВ используются в телевизионных приемниках усилителей промежуточной частоты в диап а зоне частот 1 МГц 3 ГГц. Литература 1. Белецкий А.Ф. «Теория линейных электрических цепей» стр. 502-508 2. Снегирёв В.Т. «Линейные радиотехнические устройства» стр. 101-103 3. Речицкий В.И. «Акустоэлектронные радиокомпоне н ты»
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
То, что Сердюков получил должность, внушает оптимизм: не все разворовано.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по информатике и информационным технологиям "Кварцевые и электромеханические фильтры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru