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1、第第2 2章章 其它滤波器其它滤波器 P28-36一个重要概念：一个重要概念：矩形系数矩形系数 放大器放大器应应对对通频带通频带内的各种内的各种频率频率具有相同的放大能力，而对具有相同的放大能力，而对通通频带频带外的干扰成分，应完全外的干扰成分，应完全抑止抑止，不予，不予放大放大。否则，信号会出现。否则，信号会出现失失真真。所以，理想的带宽放大器，其。所以，理想的带宽放大器，其频率响应曲线频率响应曲线应呈应呈矩形矩形。 但通常地，我们所见到的频带放大器，但通常地，我们所见到的频带放大器，频率响应频率响应非矩形。即使非矩形。即使在在通频带通频带内，也内，也非非均匀均匀放大；通带外，曲线放大；通带
2、外，曲线非陡峭非陡峭变化。变化。为了评定实际曲线的形状接近理想曲线的程度，通常引入为了评定实际曲线的形状接近理想曲线的程度，通常引入矩形系数矩形系数。1矩形系数矩形系数的定义为：的定义为：式中，式中，B为放大器的带宽，表放大倍为放大器的带宽，表放大倍数数下降下降到最大值的处的带宽；到最大值的处的带宽； B表放表放大倍数大倍数下降下降到最大值的处的带宽；到最大值的处的带宽； 显然，矩形系数显然，矩形系数Kr愈接近愈接近1，则实际矩形愈接近矩形，则实际矩形愈接近矩形，临近频道选择性愈好，滤除临近干扰信号的能力愈强。临近频道选择性愈好，滤除临近干扰信号的能力愈强。 通常，谐振放大器的通常，谐振放大器
3、的K约在约在25之间。之间。2改善改善矩形系数矩形系数的方法：的方法： （1） 采用双调谐回路（采用双调谐回路（P21） （2）多级单调谐回路级联（多级单调谐回路级联（P24） （3）参差调谐（不同回路调谐于不同频率）参差调谐（不同回路调谐于不同频率P24）3 补补 充充 知知 识识为什么接收机中，需要中频放大电路？为什么接收机中，需要中频放大电路？ 一个接收机需一个接收机需能能接收多个不同载频、不同距离的无线电信号，接收多个不同载频、不同距离的无线电信号， 它必须做成它必须做成多波段多波段接收机，每个接收机，每个波段波段覆盖一个小的频率范围。覆盖一个小的频率范围。 所以，接收机需要覆盖的所以
4、，接收机需要覆盖的频谱范围频谱范围很宽。很宽。 在宽的频带内，放大器很难做到在宽的频带内，放大器很难做到增益增益的的平坦性平坦性。 若将不同频道的信号变频到一个固定的频点（中频）上，好若将不同频道的信号变频到一个固定的频点（中频）上，好 控制控制增益增益；接收机在接收不同频率的信号时，可使用相同的；接收机在接收不同频率的信号时，可使用相同的 器件，降低成本。器件，降低成本。 中频处理技术相当成熟，有利于电路的标准化，适应大规模生产中频处理技术相当成熟，有利于电路的标准化，适应大规模生产。 注：调幅收音机中频：注：调幅收音机中频：465KHZ 调频收音机中频：调频收音机中频： 电视机第一伴音中频
5、：电视机第一伴音中频： 30.5MHZ 第二伴音中频：第二伴音中频： 图像中频：图像中频： 38MHZ 中频的使用，可使不同波段内的微弱信号得到足够的增益，中频的使用，可使不同波段内的微弱信号得到足够的增益， 并提高对有用信号的选择性。并提高对有用信号的选择性。 4其它形式的高频滤波器其它形式的高频滤波器1. 1. 总结总结LC振荡回路（振荡回路（LCLC滤波器）滤波器）LC滤波器属于滤波器属于无源滤波器无源滤波器。优点：优点：结构简单，成本低，结构简单，成本低，可靠性较高；除能可靠性较高；除能 滤波滤波外，外， 还可还可阻抗变换阻抗变换、无功无功补偿补偿。 缺点缺点： Q值较低值较低 不易集
6、成不易集成 频率失真严重：频率失真严重：谐振曲线不是理想谐振曲线不是理想矩形矩形（矩形系数（矩形系数 1 1），放大能力有一定的不均匀性；当一定频带的，放大能力有一定的不均匀性；当一定频带的 信号作用于回路时，不可避免地产生频率失真。信号作用于回路时，不可避免地产生频率失真。5需引入性能更优良的其它形式滤波器：需引入性能更优良的其它形式滤波器： 石英晶体滤波石英晶体滤波 陶瓷滤波器陶瓷滤波器 声表面波滤波器声表面波滤波器62.2.3 2.2.3 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 石英晶体滤波器是一种高稳定度，高石英晶体滤波器是一种高稳定度，高Q值的高频值的高频滤波器，也可应用在晶体振荡器中。滤波器
7、，也可应用在晶体振荡器中。1.1.成分：成分：2.2.符号：符号：3. 3. 结构：结构：理想理想外形外形是是正六面体正六面体， 晶体学中用三根互相垂直的轴表示。晶体学中用三根互相垂直的轴表示。Z Z轴：光轴：轴：光轴：不产生折射现象，沿其施力时，不产生不产生折射现象，沿其施力时，不产生压电压电 效应效应X X轴：电轴，轴：电轴，力作用下，产生电荷的压电效应，称为力作用下，产生电荷的压电效应，称为“ 纵向压电效应纵向压电效应”。Y Y轴：机械轴，轴：机械轴，力作用下，产生电荷的压电效应，称为力作用下，产生电荷的压电效应，称为“ 横向压电效应横向压电效应”。7二、石英晶体的电特性二、石英晶体的电
8、特性1.1.压电效应压电效应正压电效应：正压电效应：在在一定方向上，若一定方向上，若使电介质受到一定外力使电介质受到一定外力 作用，作用，电介质电介质会发生会发生变形变形，此时内部会产生，此时内部会产生极化极化现象；现象； 同时，在电介质的两个同时，在电介质的两个相对相对表面表面上，出现正、负相反上，出现正、负相反 的电荷。当外力去掉后，又重新恢复到的电荷。当外力去掉后，又重新恢复到不带电不带电状态。状态。 当作用力方向改变时，电荷当作用力方向改变时，电荷极性极性也随着改变。也随着改变。反压电效应：反压电效应：在电介质的在电介质的极化方向上极化方向上施加电场，电介质施加电场，电介质 就在就在一
9、定方向一定方向上产生形变；当上产生形变；当外加电场外加电场撤去时，这些撤去时，这些 变形也随之消失。变形也随之消失。F FF F极化面极化面Q Q电能电能机械能机械能正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应压电介质压电介质82.2.谐振特性及等效电路谐振特性及等效电路：为石英晶体的静电容（亦称安装电容）；：为石英晶体的静电容（亦称安装电容）； 容量：容量：几几PF -PF -几十几十PFPF，取决于石英片的尺寸和电极，取决于石英片的尺寸和电极 面积，可表示为：面积，可表示为：C C0 0s/ds/d。：动态电容：动态电容：很小，百分之几皮法很小，百分之几皮法(PF)(PF)：动态电感：动态电感
10、：很大，十分之几亨很大，十分之几亨几亨几亨 (H)(H)：动态电阻：动态电阻：很小，几欧几百欧。很小，几欧几百欧。基频频率可达基频频率可达20MHz20MHz，一般作成需要的固定频率。，一般作成需要的固定频率。 石英晶体相等于一个串联谐振电路，可用石英晶体相等于一个串联谐振电路，可用集中参数集中参数Lq、Cq、rq来模拟。来模拟。93.3.品质因数与接入系数品质因数与接入系数品质因数品质因数：几万几万几百万，很高，普通几百万，很高，普通LCLC谐振电路无法比拟谐振电路无法比拟接入系数接入系数： 很小很小,1010-3-3级，级，使使得晶体与外电路的得晶体与外电路的耦合耦合非常弱，谐振频率异非常
11、弱，谐振频率异常稳定。常稳定。4.4.谐振频率谐振频率串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率几十几十HzHz几几KHzKHz，常用于，常用于选频选频窄带窄带放大器放大器中。中。半通带半通带 由等效图知，必有两个谐振频率：左支路的由等效图知，必有两个谐振频率：左支路的串联谐振串联谐振频率频率q q和石英谐振器的和石英谐振器的并联谐振频率并联谐振频率p p：10外接负载电容外接负载电容C CL L后，后，p 减小，减小， 减小；减小；用作短路元件（串联谐振时）；用作短路元件（串联谐振时）；用作高用作高Q电感元件，构成高电感元件，构成高 性能振荡器。性能振荡器。112.2.4 2.2.4
12、陶瓷滤波器陶瓷滤波器一、陶瓷材料介绍一、陶瓷材料介绍3.3.优点：优点： 易制作，易小型化，耐潮湿、耐热，中易制作，易小型化，耐潮湿、耐热，中Q值值1.1.组成：组成： Pb(ZrTi)O3 Pb(ZrTi)O3锆钛酸铅（锆钛酸铅（PZTPZT） 2.2.换能机理：换能机理：压电效应压电效应12二、等效电路二、等效电路（与石英晶体相同）（与石英晶体相同）与符号与符号单片陶瓷滤波器的等效电路和符号单片陶瓷滤波器的等效电路和符号串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐振频率：半通带：半通带：第第2 2章章 陶瓷滤波器滤波器注：陶瓷滤波器串、并联注：陶瓷滤波器串、并联谐振谐振频率的间隔较大，
13、所以频率的间隔较大，所以 半通带半通带较较石英晶体石英晶体滤波器滤波器要宽，但要宽，但选择性选择性要差。要差。13三、应用三、应用1.1.作中频放大器的滤波器（作中频放大器的滤波器（465KHz465KHz）通常：通常：单片单片陶瓷陶瓷滤波器滤波器接在放大器的发射极，取代接在放大器的发射极，取代旁路电容旁路电容；通过负反馈，可增强；通过负反馈，可增强带内带内信号的增益，信号的增益，加大加大带外带外干扰信号的衰减。干扰信号的衰减。142.2.多级（四端）组合应用多级（四端）组合应用例例1：图中，（图中，（a）、（）、（b）、（）、（c)分别为由二个分别为由二个谐振子谐振子、五个、五个谐振子谐振子
14、、九个、九个谐振子谐振子连接而成的连接而成的四端四端陶瓷滤波器。陶瓷滤波器。谐振子的数目愈多，滤波器的性能愈好。谐振子的数目愈多，滤波器的性能愈好。15例例2 2：需要需要：滤波器通过滤波器通过（46554655）KHzKHz的频带。的频带。要求：要求：串臂（串臂（L1、C1、C01）的串联谐振频率）的串联谐振频率f fq1q1应和并臂应和并臂（ L2、C2、 C02 ）的并联谐振频率的并联谐振频率fp2均等于均等于465KHz；而串臂的并联谐振；而串臂的并联谐振 频率频率fp1等于等于4655KHz，则并臂的串联谐振频率应为，则并臂的串联谐振频率应为4655KHz。原理：原理：对对465KH
15、z的载波，串臂产生谐振，阻抗最小，让信号通过；并臂的载波，串臂产生谐振，阻抗最小，让信号通过；并臂 产生并联谐振，阻抗最大，信号不能旁路产生并联谐振，阻抗最大，信号不能旁路。对对4655KHz信号，串臂信号，串臂 产生并联谐振，产生并联谐振， 阻抗最大，信号不能通过；对阻抗最大，信号不能通过；对4655KHz信号，并臂信号，并臂 产生串联谐振，阻抗最小，使信号旁路（无输出）。产生串联谐振，阻抗最小，使信号旁路（无输出）。162.2.4 2.2.4 声表面波滤波器声表面波滤波器前言：前言：1.1.声波：机械振动波。声波：机械振动波。2.2.表面声波：沿介质表面或体内传输的机械振动波。表面声波：沿
16、介质表面或体内传输的机械振动波。3.3.声声表面表面波滤波器：既能借助表面声波进行波滤波器：既能借助表面声波进行能量交能量交 换换，又能进行，又能进行信号选择信号选择的滤波器。的滤波器。4.4.换能机理：压电材料（石英晶体或铌酸锂等）的换能机理：压电材料（石英晶体或铌酸锂等）的 压电效应压电效应17一、一、声声表面波滤波器的结构表面波滤波器的结构 声表面波滤波器结构示意图声表面波滤波器结构示意图1.1.叉指换能器叉指换能器 ：两个（输入、输出），电能两个（输入、输出），电能 声波。声波。2.2.衬底（衬底（压电材料压电材料）：）：能产生振动，激发出声表面波。能产生振动，激发出声表面波。3.3.
17、吸声材料吸声材料防止左右边缘的声波反射。防止左右边缘的声波反射。18二、均匀叉指滤波器的滤波特性（工作原理）二、均匀叉指滤波器的滤波特性（工作原理）1.1.谐振频率谐振频率f0叉指换能器有叉指换能器有n+1n+1个个叉指叉指（电极电极）叫做有叫做有n n节节（n n为偶数），每两为偶数），每两节为一个节为一个周期段周期段，则有，则有N=n/2N=n/2个个周期段周期段，叉指宽度叉指宽度a和和间隔间隔b决决定定声波波长声波波长0：若声波频率为若声波频率为 ，传播速度为，传播速度为 ，则有，则有 ，此即，此即滤波器滤波器的的中心频率。中心频率。 声表面滤波器结构示意图声表面滤波器结构示意图192.
18、2.滤波原理与幅频特性滤波原理与幅频特性当输入信号当输入信号时，时，合成振幅减小，因为各节电极合成振幅减小，因为各节电极激发的声波的相位不同。激发的声波的相位不同。主峰的相对带宽：主峰的相对带宽：若两个滤波器并联，幅频特性为：若两个滤波器并联，幅频特性为：当当输入信号输入信号时，时，,A,A0 0为每为每节节激发的激发的声波强度声波强度振幅值振幅值幅频特性：幅频特性：203.3.时域响应：时域响应：信号的脉冲特性是矩形的，可用作信号的脉冲特性是矩形的，可用作 门函数门函数。4.4.应用应用窄带滤波器，窄带滤波器，3dB相对带宽：相对带宽： 21三、不均匀叉指滤波器三、不均匀叉指滤波器1.1.结
19、构：结构：中间的中间的电极对电极对重迭最多，密度大，电场最强，重迭最多，密度大，电场最强， 因而冲激响应最强。因而冲激响应最强。2.2.时域响应：时域响应：信号脉冲特性是信号脉冲特性是sinx/x形式。形式。3.3.幅频特性：幅频特性：是是sinx/x的傅立叶变换，是的傅立叶变换，是 理想的矩形理想的矩形,如右图如右图.-2/2/延迟时间，由需要的带宽决定。延迟时间，由需要的带宽决定。4.4.应用：理想带通滤波器，宽带。应用：理想带通滤波器，宽带。幅度变迹换能器幅度变迹换能器22声声表面表面波滤波器的技术参数波滤波器的技术参数23 试比较石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器 的异同点。 滤波器名称石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器两端三端符号特点频率稳定、Q值高、相对带宽窄可靠性高、性能稳定、成本低、工作频率较高可满足多种频率特性、性能稳定、工作频率高矩形系数可小于4可小于1.2最高工作频率几十兆赫几百兆赫大于一千兆赫相对带宽小于1%可达10%可达50%24小结小结本堂课小结下次课内容：下次课内容：电阻噪声电阻噪声1.1.三种高频滤波器材料的共性：三种高频滤波器材料的共性：2.2.三种滤波器的应用三种滤波器的应用3.3.表面声波滤波器表面声波滤波器人类追梦成真！人类追梦成真！压电效应压电效应25
