選頻網(wǎng)絡(luò)資料PPT課件

1、 預(yù)備知識：預(yù)備知識：單振蕩回路耦合振蕩回路振蕩回路（由L、C組成）濾波器LC集中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器2.1 諧振回路 第1頁/共76頁諧振回路通頻帶諧振曲線諧振條件諧振特性諧振回路需要討論的問題第2頁/共76頁2.1.1 串聯(lián)諧振回路 信號源與電容和電感串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。 串聯(lián)振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個特定頻率的時候阻抗將迅速增大。單振蕩回路的這種特性稱為諧振特性，這個特定頻率就叫做諧振頻率。 諧振回路具有選頻和濾波作用。第3頁/共76頁（1）諧振條件jezCLjRjxRz|)1(2222)1(|CLRXRzRC1LarctgRXar

2、ctgLCLC221 1f fLCLC1 10 0C C1 1L LX X0 0令X令X0 00 00 00 0由圖可知：當(dāng) 時0達(dá)到最大RvIIs0第4頁/共76頁 當(dāng) 0 0時節(jié)|z| R|z| R， =0=0，x x 0 0呈感性，電流滯后電壓， i i 0 0 0 0，x x0 0 0 = = 0 0 |z| = R |z| = R x x = 0 = 0達(dá)到串聯(lián)諧振。 當(dāng)回路諧振時的感抗或容抗，稱之為特性阻抗。用 表示CLC1LXX00CL00CLx1 x 容性 O 感性 L 0 |z| R 0 z 0 O C12第5頁/共76頁（2）諧振特性CLRCRRLQ1100：定義品質(zhì)因數(shù)0

3、X0為為最最小小值值，且且為為純純電電阻阻RZ 呈現(xiàn)感性呈現(xiàn)感性CLXX00X 呈現(xiàn)感性呈現(xiàn)感性CLXX00X 1)2) 諧振時電流最大且與電源同相3)S0CVjQVS0LVjQVS0S000LVRLjLjRVLjIVS00S000CVCR1jCj1RVC1IV第6頁/共76頁 品質(zhì)因數(shù)Q ： 諧振時回路感抗值（或容抗值）與回路電阻R的比值稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，以Q表示，它表示回路損耗的大小。 當(dāng)諧振時： 因此串聯(lián)諧振時，電感L和電容C上的電壓達(dá)到最大值且為輸入信號電壓的Q倍，故串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。因此，必須預(yù)先注意回路元件的耐壓問題。CLRRcRRLQ11ooCL001QVrVRVIsss

4、oCoLovv第7頁/共76頁電感線圈與電容器兩端的電壓模值相等，且等于外加電壓的Q倍。Q值一般可以達(dá)到幾十或者幾百，故電容或者電感兩端的電壓可以是信號電壓的幾十或者幾百倍，稱為電壓諧振，在實(shí)際應(yīng)用的時候要加以注意。串聯(lián)諧振時電路中的電流或者電壓可以繪成向量圖。結(jié)論1:第8頁/共76頁（3）諧振曲線諧振曲線 串聯(lián)諧振回路中電流幅值與外加電動勢頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線?？捎肗(f)表示諧振曲線的函數(shù)。 N(f) f f0 Q1 Q2 Q1 Q2 jRCL11111)1()1()(ssCLjRRRCLjRIIfNvvo 諧振點(diǎn)電流 失諧處電流Q值不同即損耗R不同時，對曲線有很大影響，Q值大曲

5、線尖銳，選擇性好，Q值小曲線鈍，通頻帶寬。第9頁/共76頁（4）通頻帶回路外加電壓的幅值不變時，改變頻率，回路電流I I下降到I Io o 的 時所對應(yīng)的頻率范圍稱為諧振回路的通頻用B B表示1270127022fffBB.或21 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f )= 1 2 2210IIQffB.0702也可用線頻率f0表示，即121112oII當(dāng)時o2Q又Q0702則第10頁/共76頁(5) 能量關(guān)系諧振時tsinIim0tcosV)90tsin(IC1idtC1vCmo0c2022222211212121msmsmcmLIVCLRCVCQCVtccW22

6、cm2ccos2121vv222cm2121smcmQccWvvwtLIW22omccos21CLRQ1LIWcm2om21tLILiW22om2Lsin2121LIW2omLm21 2om22om22omCL21cos21sin21LItLItLIWWW第11頁/共76頁注意 W 是一個不隨時間變化的常數(shù)。這說明回路中儲存的能量是不變的，只是在線圈與電容器之間相互轉(zhuǎn)換。且電抗元件不消耗外加電動勢的能量，外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的高幅振蕩。所以諧振回路中電流最大。第12頁/共76頁電感上儲存的瞬時能量的最大值與電容上儲存的瞬時能量的最大值相等。能量W是一個不隨著時間變化

7、的常數(shù)，這說明整個回路中儲存的能量保持不變，只是在線圈和電容器之間相互轉(zhuǎn)換，電抗元件不消耗外加電源的能量。外加電源只是提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩，諧振時振蕩器回路中的電流最大。結(jié)論2:第13頁/共76頁 0 Q1 Q2 （6 6）相頻特性曲線 回路電流的相角 隨頻率 變化的曲線如圖所示。RxjjII1111oarctg2arctgarctgarctgoooQQRx jjjjoeIeIezeIm)(msmsozvv 又回路電流的相頻特性為所以回電流的相角為路阻抗幅角的負(fù)值， = 回路電流的相角是與外加電壓相比較而言的。若超前，則 0若滯后，則 R 代入上式 ：)1(1)(11

8、)(CLjRCjLjRCjLjRCjLjRz)1(1)1(LCjLRCCLjRCLz第18頁/共76頁jBGLCjLCRY1：變換成導(dǎo)納形式變換成導(dǎo)納形式為電納為電納為電導(dǎo)為電導(dǎo)其中其中LcBLCRG1，：諧振時的阻抗特性：且阻抗為最大值且阻抗為最大值阻，阻，并聯(lián)諧振時，呈現(xiàn)純電并聯(lián)諧振時，呈現(xiàn)純電呈呈現(xiàn)現(xiàn)容容性性,p呈呈現(xiàn)現(xiàn)感感性性,p因此回路諧振時：同相同相相應(yīng)達(dá)到最大值且與相應(yīng)達(dá)到最大值且與電壓電壓為最小值為最小值回路導(dǎo)納回路導(dǎo)納電納電納SPSPIGIVGYB/00。，第19頁/共76頁（2）諧振特性諧振時Z為實(shí)數(shù),故22ppppLRLC1RC1RLLRCR1RLj1LRj1CRLC1L

9、jRCj1LjRZ 即諧振電阻為感抗或者容抗的Qp倍，當(dāng)Qp很大時，這個電阻值是很大的。與，同相同相時時SSpIVICRLRIVBS 0諧振條件:若 不成立RL LCfLCLCB21,110pp第20頁/共76頁品質(zhì)因數(shù) 諧振時電感支路或者電容支路的電流幅值為外加電流源IS的 QP倍。因此，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。 一般Q為幾十到幾百，因此信號源的電流不是很大，而支路內(nèi)的電流卻是很大。數(shù)數(shù)為并聯(lián)振蕩回路品質(zhì)因?yàn)椴⒙?lián)振蕩回路品質(zhì)因定義定義pppQRCRL1：CLRCLRRLLCRLQpp，為諧振電路的特性阻抗為諧振電路的特性阻抗,11LCRRLRRLQPpppppSPPPSp0pp0CPIjQC

10、1QICjVCjCj1VISPPPPSP0P0LPIjQLjLQILjVLjRVI第21頁/共76頁（3） 諧振曲線 串聯(lián)回路用電流比來表示，并聯(lián)回路用電壓比來表示?；芈范穗妷簀jQLCjGGYGGIYIfN11111/)(pppppppssovvLCjGIYIZI1PsssvPspso/ GIRIv諧振時回路端電壓由此可作出諧振曲線第22頁/共76頁在小失諧時：PPPQPppPQpP2Q2PP02Q11VVpp2Qarctan結(jié)論：為純阻性為純阻性為最大為最大時時當(dāng)當(dāng)010:10，、VVp呈感性呈感性減小減小時時當(dāng)當(dāng)010:20，、VVVpQ1 Q2 Q2 p N(f)= Q1Q1 0VV呈

11、容性呈容性減小減小時時當(dāng)當(dāng)010:30，、VVVpCLRCLRRLLCRLQpp，為諧振電路的特性阻抗為諧振電路的特性阻抗,11第23頁/共76頁（4）通頻帶 f 0 1 2 N(f) Vom 當(dāng)回路端電壓下降到最大值的 時所對應(yīng)的頻率范圍2110027 . 07 . 0122wwBpoQfB 211111200vvvvj12o7 . 0pffQBQffp07 . 02po7 . 012Qff相對通頻帶mV021即 絕對通頻帶第24頁/共76頁 串聯(lián)電路里是指回路電流與信號源電壓的相角差。而并聯(lián)電路是是指回路端電壓對信號源電流Is的相角差。 = p 時 = 0 p 時 0 容性 0 感性 相頻

12、曲線如圖所示 u, z p jjjoeezeIImsms0vv oppppo21111jQjQvvppppparctgarctg2arctgQQ(5) 相頻特性第25頁/共76頁信號源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響LR1R1R11QPLPSLLPSPR1R1R1L1LPSPPPRRRR1RL1LPSPRRRR1QQQL同相變化。同相變化。與與LSLRRQ、性。性。較高而獲得較好的選擇較高而獲得較好的選擇以使以使也較大的情況,也較大的情況,很大，負(fù)載電阻很大，負(fù)載電阻內(nèi)阻內(nèi)阻并聯(lián)諧振適用于信號源并聯(lián)諧振適用于信號源L LL LS SQ QR RR R C L Rs Rp RL sI第26頁/

13、共76頁 Is C Rs a b + Vab L1 L2 d + Vab Is Rs d b C Vdb L1+L2 2.2 諧振回路的耦合連接接入系數(shù)P 即為抽頭點(diǎn)電壓與端電壓的比根據(jù)能量等效原則： 因此dbabVVP GVGVs2bds2abs2s2dbabsGPGVVGs2s1RPR bdabVVssRR 21P由于 ,因此P是小于1的正數(shù)，即 即由低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時，等效阻抗提高 倍。第27頁/共76頁1210abRLZ在不考慮 之間的互感M時:21LL 和LLLLLp1211在諧振時由于Q值很高,ab兩端的等效阻抗可以表示為:此時回路的諧振頻率為:LC1CLL1210由于諧振時db

14、兩端的等效阻抗為1bdCRLZ故抽頭變化的阻抗變換關(guān)系為222121bdabpLLLZZ當(dāng)抽頭改變時,p值改變,可以改變回路在db兩端的等效阻抗（1）電感分壓式電路第28頁/共76頁（2）電容分壓式電路 以上討論的是阻抗形式的抽頭變換如果是導(dǎo)納形式:22dbabnp1YY1L2L當(dāng)考慮 和 之間的互感M時接入系數(shù)M2LLMLp21121211CCCCCnp2121CCCCC其中其中 應(yīng)該指出接入系數(shù) 或 都是假定外接在ab端的阻抗遠(yuǎn)大于L1或 時才成立。 211LLLP212CCCP11C對于電容抽頭電路而言,接入系數(shù)第29頁/共76頁電壓源和電流源的變比是 而不是 2pPIsCRsRoabd

15、IsRsdbCLRo 由于 從ab端到bd端電壓變換比為1/P ，在保持功率相同的條件下，電流變換比就是P倍。即由低抽頭向高抽頭變化時，電流源減小了P倍。bdsabsVIVI ssbdabsIPIVVI因此因此上圖表示電流源的折合關(guān)系。因?yàn)槭堑刃ё儞Q，變換前后其功率不變第30頁/共76頁補(bǔ)充知識： 電流源的折合右圖表示電流源的折合關(guān)系。功率不變有下式N 電壓源和電流源的變比是 而不是 2pPIsCRsRoabdIsRsdbCLRo從ab端到bd端電壓變換比為1/P ，在保持功率相同的條件下，電流變換比就是P倍。即由低抽頭向高抽頭變化時，電流源減小了P倍。bdsabsVIVI ssbdabsIP

16、IVVI因此因此第31頁/共76頁負(fù)載電容的折合結(jié)論：1、抽頭改變時， 或 、 的比值改 變，即P改變 2、抽頭由低高，等效導(dǎo)納降低P2倍，Q值提高許 多，即等效電阻提高了 倍，并聯(lián)電阻加大，Q 值提高。bdabvv211LLLCCC1221P CL C RL P CL L RL C d d b b a L2L22Lc 1111CPCPcRPRLLL因此因此抽頭的目的：減小信號源內(nèi)阻和負(fù)載對回路和影響。第32頁/共76頁負(fù)載電阻和信號源內(nèi)阻小時應(yīng)采用串聯(lián)方式負(fù)載電阻和信號源內(nèi)阻大時應(yīng)采用并聯(lián)方式負(fù)載電阻信號源內(nèi)阻不大不小采用部分接入方式第33頁/共76頁 由于回路有諧振電阻Rp存在，它會消耗功

17、率因此信號源送來的功率不能全部送給負(fù)載RL，有一部分功率被回路電導(dǎo)gp所消耗了?；芈繁旧硪鸬膿p耗稱為插入損耗，用Kl表示。右圖是考慮信號源內(nèi)阻、負(fù)載電阻和回路損耗的并聯(lián)電路。無損耗時的功率 11PPKl率率回路有損耗時的輸出功回路有損耗時的輸出功率率回路無損耗時的輸出功回路無損耗時的輸出功L2LssL201gggIgVPCgsgLLVIsgp 回路的插入損耗第34頁/共76頁L2pLssL211ggggIgVP 2Lpsp2pLsLs2Ls2pLs11111ggggggggg)gg()ggg(PPKl有損耗時的功率若Rp = ， gp = 0則為無損耗。由于回路本身的 ，而 因此插入損耗 若

18、用分貝表示： LgQ0p01LgggQ0LpsL)(120L1111QQPPKl0L20L11201110QQlogQQlog)dB(Kl第35頁/共76頁2.3 耦合回路單振蕩回路具有頻率選擇性和阻抗變換的作用。但是：1、選頻特性不夠理想 2、阻抗變換不靈活、不方便為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換的需要，需要采用耦合振蕩回路。耦合回路由兩個或者兩個以上的單振蕩回路通過各種不同的耦合方式組成第36頁/共76頁常用的兩種耦合回路耦合系數(shù)k：耦合回路的特性和功能與兩個 回路的耦合程度有關(guān)按耦合參量的大小：強(qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合電感耦合回路電容耦合回路第37頁/共76頁為了說明回路間耦

19、合程度的強(qiáng)弱，引入“耦合系數(shù)”的概念并以k表示。對電容耦合回路：)(M2M1MCCCCCk一般C1 = C2 = C：MMCCCk通常 CM C：CCkMk1對電感耦合回路：21LLMk 若L1 = L2 =L LMk 第38頁/共76頁互感M的單位與自感L相同，高頻電路中M的量級一般是uH。由耦合系數(shù)的定義可知，任何電路的耦合系數(shù)不僅均為無量綱的常數(shù)，而且永遠(yuǎn)是小于1的正數(shù)。注意第39頁/共76頁（1） 耦合回路的等效阻抗 反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影響。對初次級回路的相互影響，可用一反射阻抗來表示。 現(xiàn)以下圖所示的互感耦合串聯(lián)回路為例來分析耦合回路的阻抗特性。在初級回

20、路接入一個角頻率為 的正弦電壓V1，初、次級回路中的電流分別以i1和i2表示，并標(biāo)明了各電流和電壓的正方向以及線圈的同名端關(guān)系。 + L1 R2 L2 M 1I C2 1V 2I R1 C1 第40頁/共76頁 + L1 R2 L2 M 1I C2 1V 2I R1 C1 初、次級回路電壓方程可寫為0222112111IZIMjVIMjZI式中Z11為初級回路的自阻抗，即Z11=R11+jX11, Z22為次級回路的自阻抗，即Z22=R22+jX22。解上列方程組可分別求出初級和次級回路電流的表示式：2221111)(ZMZVI112221122)(ZMZZVMjI第41頁/共76頁112f2

21、ZMZ)(稱為次級回路對初級回路的反射阻抗222f1ZMZ)(上兩式中，稱為初級回路對次級回路的反射阻抗而 為次級開路時，初級電流 在次級線圈L2中所感應(yīng)的電動勢，用電壓表示為111ZVMj11112ZVMjIMjV1111ZVI第42頁/共76頁將自阻抗Z22和Z11各分解為電阻分量和電抗分量，分別代入上式，得到初級和次級反射阻抗表示式為2222222221222222222111222222222222222222222221)( -)()( -)()(XXRMXRXRMRjXRXXRMjRXRMjXRMZfffff1121121122112112112222112112112112112

22、112111122)( -)()( -)()(XXRMXRXRMRjXRXXRMjRXRMjXRMZfffff第43頁/共76頁考慮到反射阻抗對初、次級回路的影響，最后可以寫出初、次級等效電路的總阻抗的表示式：22222222211222222222111XXRMXjRXRMRZe)()(11211211222112112112222XXRMXjRXRMRZe)()(第44頁/共76頁反射電阻永遠(yuǎn)是正值。反射電抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)總是相反的。反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值（ M）2成正比。當(dāng)初、次級回路同時調(diào)諧到與激勵頻率諧振（即X11=X22=0）時，反射阻抗為純阻。結(jié) 論

23、第45頁/共76頁 對于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級等效電路的電抗為零，或次級等效電路的電抗為零或初級回路的電抗同時為零，都稱為回路達(dá)到了諧振。 調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級回路的電抗，調(diào)節(jié)次級回路的電抗及兩回路間的耦合量。由于互感耦合使初、次級回路的參數(shù)互相影響（表現(xiàn)為反映阻抗）。所以耦合諧振回路的諧振現(xiàn)象比單諧振回路的諧振現(xiàn)象要復(fù)雜一些。根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為 三種情況。（2） 耦合回路的調(diào)諧特性部分諧振、復(fù)諧振、全諧振第46頁/共76頁 如果固定次級回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初級回路的電抗使初級回路達(dá)到x11 + xf1 = 0。即回路本身的電抗 = 反射電抗，我們稱初級回路達(dá)到部分諧振，

24、這時初級回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級回路的電流達(dá)到最大值22222211s1Rz)M(RVImax 初級回路在部分諧振時所達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級回路參數(shù)及耦合量不變的條件下所達(dá)到的電流最大值，并非回路可能達(dá)到的最大電流。 部分諧振第47頁/共76頁 若初級回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級回路電抗使x22 + xf2 = 0，則次級回路達(dá)到部分諧振，次級回路電流達(dá)最大值 次級電流的最大值并不等于初級回路部分諧振時次級電流的最大值。1121122211s22211smax2)(RzMRzMVRRzVMIf 耦合量改變或次級回路電抗值改變，則初級回路的反

25、映電阻也將改變，從而得到不同的初級電流最大值。此時，次級回路電流振幅為 也達(dá)到最大值，這是相對初級回路不是諧振而言，但并不是回路可能達(dá)到的最大電流。 2212zMII第48頁/共76頁 在部分諧振的條件下，再改變互感量，使反射電阻Rf1等于回路本身電阻R11，即滿足最大功率傳輸條件，使次級回路電流I2達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振，這時初級電路不僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。反映電阻Rf1將獲得可能得到的最大功率，亦即次級回路將獲得可能得到的最大功率，所以次級電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值?？梢酝茖?dǎo)2211s22RRVImax復(fù)諧振在復(fù)諧振時初級等效回路及次級等效回路都對信號源頻率諧振，但單就初

26、級回路或次級回路來說，并不對信號源頻率諧振。這時兩個回路或者都處于感性失諧，或者都處于容性失諧第49頁/共76頁 調(diào)節(jié)初級回路的電抗及次級回路的電抗，使兩個回路都單獨(dú)的達(dá)到與信號源頻率諧振，即x11 = 0，x22 = 0，這時稱耦合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個回路的阻抗均呈電阻性。 z11 = R11，z22 = R22，但R11 Rf1，Rf2 R22。 如果改變M，使R11 = Rf1，R22 = Rf2，滿足匹配條件，則稱為最佳全諧振。此時， 2211211222)()(21RRMRRRMRff或次級電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值 可見，最佳全諧振時次級回路電流值與復(fù)諧振時相同。由于

27、最佳全諧振既滿足初級匹配條件，同時也滿足次級匹配條件，所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個特例。 22l1s22RRVImax全諧振第50頁/共76頁由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時的互感為： 最佳全諧振時初、次級間的耦合稱為臨介耦合，與此相應(yīng)的耦合系數(shù)稱為臨介耦合系數(shù)，以kc表示。 Q1 = Q2 = Q 時 2211cRRM21221122112211cc1QQLLRRLLMkQK1c第51頁/共76頁我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之比稱為耦合因數(shù) 是表示耦合諧振回路耦合相對強(qiáng)弱的一個重要參量。 1為強(qiáng)耦合。 *各種耦合電路都可定義k，但是只能對雙諧振回路才可 定義。KQKKc第

28、52頁/共76頁(3) 耦合回路的頻率特性 當(dāng)初，次級回路01 = 02 = 0，Q1 = Q2 = Q時， 廣義失調(diào) ，可以證明次級回路電流比 212222max224)1 (2II為廣義失諧，為耦合因數(shù)，表示耦合回路的頻率特性。第53頁/共76頁當(dāng)回路諧振頻率 = 0時， 1稱為強(qiáng)耦合，諧振曲線出現(xiàn)雙峰，谷值 1,在 處，x11 + xf1 = 0, Rf1 = R11回路達(dá)到匹配，相當(dāng)于復(fù)諧振，諧振曲線呈最大值， = 1。12ff0 1不應(yīng)小于21;1,01;12,012為最大值為最大值時時稱為臨介耦合稱為臨介耦合為最大值為最大值時時若若稱為弱耦合稱為弱耦合第54頁/共76頁 根據(jù)前述單

29、回路通頻帶的定義， 當(dāng) ，Q1 = Q2 = Q，01 = 02 = 時可導(dǎo)出 若 = 1時， 一般采用 稍大于1，這時在通帶內(nèi)放大均勻，而在通 帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性。21max22IIQff.0270122Qff.07022第55頁/共76頁2.3 濾波器 濾波器可分為低通、高通、帶通和帶阻等形式。帶通濾波器在某一指定的頻率范圍fp1 fp2之中，信號能夠通過，而在此范圍之外，信號不能通過。Co第56頁/共76頁石英晶體的特點(diǎn)等效電感Lq特別大、等效電容Cq特別小，因此，石英晶體的Q值很大，一般為幾萬到幾百萬，這是普通LC電路無法比擬的。 2.3.1 石英晶體濾波器 （1）石英晶

30、體的結(jié)構(gòu)： 石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場作用時，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動，反過來，當(dāng)機(jī)械軸受力時，就能在電軸方向產(chǎn)生電場。且換能性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。 第57頁/共76頁（2） 石英晶體振諧器的等效電路和符號 石英片相當(dāng)一個串聯(lián)諧振電路，可用集中參數(shù)Lq、Cq、rq來模擬，Lq為晶體的質(zhì)量（慣性），Cq 為等效彈性模數(shù)，rg 為機(jī)械振動中的摩擦損耗。 右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。電容C0稱為石英諧振器的靜電容。其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。 一般C0在幾PF 幾十PF。式中 石英介電常數(shù)，s 極板面積，d 石英片厚度dsC

31、00qCCP rqLqCqCoab JT C0 rq Cq Lq b a 第58頁/共76頁（3）石英諧振器的等效電抗（阻抗特性） 石英晶體有兩個諧振角頻率。一個是左邊支路的串聯(lián)諧振角頻率q，即石英片本身的自然角頻率。另一個為石英諧振器的并聯(lián)諧振角頻率p。 串聯(lián)諧振頻率 并聯(lián)諧振頻率 qqq1CLCLCCCCLqq0q0qp11很很接接近近因因此此由由于于qp0qqp,與CC顯然 接入系數(shù)P很小，一般為10-3數(shù)量級，所以p與q很接近。 PCC11q0qqp第59頁/共76頁0qqqqqq00212101111Cj)CL( jr)CL( jrCjzzzzz xo 容性 O 容性 q p 感性

32、上式忽略 rq 后可簡化為 當(dāng) = q時z0 = 0 Lq、Cq串諧諧振，當(dāng) = p，z0 = ，回路并諧諧振。當(dāng) 為容性。 當(dāng) 時,jx0 為感性。其電抗曲線如圖所示。 22p22q000/1/11Cjjxz0qp,jx時時qp第60頁/共76頁222202111/CLpqe并不等于石英晶體片本身的等效電感Lq。 石英晶體濾波器工作時，石英晶體兩個諧振頻率之間感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。 必須指出，在q與p的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的等效電感 第61頁/共76頁 為了擴(kuò)大感性區(qū)加寬濾波器的通帶寬度，通?？纱?lián)一電感或并聯(lián)一電感來實(shí)現(xiàn)。 擴(kuò)大石英晶體濾波器感性區(qū)的電路 可以證明串聯(lián)一電

33、感Ls則減小q，并聯(lián)一電感Ls則加大p，兩種方法均擴(kuò)大了石英晶體的感性電抗范圍。 Ls Ls 第62頁/共76頁（4）石英晶體濾波器電路 下圖是差接橋式晶體濾波電路。它的濾波原理可通過電抗曲線定性說明。晶體JT1的電抗曲線如圖中實(shí)線，電容CN的電抗曲線如圖中虛線所示。根據(jù)前述濾波器的傳通條件，在q與p之間，晶體與CN的電抗性質(zhì)相反，故為通帶，在1與2頻率點(diǎn)，兩個電感相等，故濾波器衰減最大。 JT1 C z1 z2 z3 z4 z5 z5 z3 z5 輸出 CN z4 (a) (b) Lq rq Cq C0 C x O q p JT1 1 2 JT1 N1C 第63頁/共76頁 利用某些陶瓷材料

34、的壓電效應(yīng)構(gòu)成的濾波器，稱為陶瓷濾波器。它常用鋯鈦酸鉛Pb(zrTi)O3壓電陶瓷材料（簡稱PZT）制成。 這種陶瓷片的兩面用銀作為電極，經(jīng)過直流高壓極化之后具有和石英晶體相類似的壓電效應(yīng)。 它的等效品質(zhì)因數(shù)QL為幾百，比石英晶體低但比LC濾波高。2.3.2 陶瓷濾波器 優(yōu)點(diǎn)：容易焙燒，可制成各種形狀； 適于小型化； 耐熱耐濕性好。第64頁/共76頁（1） 符號及等效電路CoRqCqLq2L圖中C0 等效為壓電陶瓷諧振子的固定電容；Lq 為機(jī)械振動的等效質(zhì)量；Cq 為機(jī)械振動的等效彈性模數(shù)；Rq為機(jī)械振動的等效阻尼；其等效電路與晶體相同。 qqq1CLCLCCCCLq0q0qqp11并聯(lián)諧振頻

35、率 式中，C 為C0和C8串聯(lián)后的電容。其串聯(lián)諧振頻率第65頁/共76頁（2）陶瓷濾波器電路 如將陶瓷濾波器連成如圖所示的形式，即為四端陶瓷濾波器。圖(a)為由二個諧振子組成的濾波器，圖(b)為由五個諧振子組成四端濾波器。諧振子數(shù)目愈多，濾波器的性能愈好。 2L2 2L1 (a) (b) 第66頁/共76頁 聲表面波濾波器SAWF（Surface Acoustic Wave Filter）是一種以鈮酸鋰、石英或鋯鈦酸鉛等壓電材料為襯底（基體）的一種電聲換能元件。 2.3.3 聲表面波濾波器（1） 結(jié)構(gòu)與原理： 聲表面波濾器是在經(jīng)過研磨拋光的極薄的壓電材料基片上，用蒸發(fā)、光刻、腐蝕等工藝制成兩組叉指狀電極，其中與信號源連接的一組稱為發(fā)送叉指換能器，與負(fù)載連接的一組稱為接收叉指換能器。當(dāng)把輸入電信號加到發(fā)送換能器上時，叉指間便會產(chǎn)生交變電場。第67頁/共76頁 聲表面波濾器的濾波特性，如中心頻率、頻帶寬度、頻響特性等一般由叉指換能器的幾何形狀和尺寸決定。這些幾何尺寸包括叉指對數(shù)、指條寬度a、指條間隔b、指條有效長度B和周期長度M等。上圖是聲表面波濾波器的基本結(jié)構(gòu)圖。嚴(yán)格地說，傳輸?shù)穆暡ㄓ斜砻娌ê腕w波，但主要是聲面波。在壓電襯底的另一端可用第二個叉指形換能器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。 Rs Us RL 壓電基片 發(fā)送叉指 換 能 器 發(fā)收叉指 換