Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей (1987) (1092094), страница 89
Текст из файла (страница 89)
9.32, б, Таким образом, рассмотренное полузвено является полосовым фильтром с двумя полюсами затухания. Схема дифференциально-мостового пьезоэлектрического фильтра показана на рис. 9.33, а, а частотные характеристики сопротивлений его плеч построены на рис. 9.33, б. Характеристика затухания этого фильтра построена в соответствии с условиями (9.48) на рис. 9.33,в.
Таким образом, рассмотренная схема является волосовым фильтром с двумя полюсами затухания. Кварцевые резонаторы с высокой добротностью х б характеризуются не только малым сопротивлением потерь г,, но и большой индуктивностью Еб при малой емкости Сб С Со. при этом резонансные частоты (4.6)) получаются весьма близкими друг Рис. 9.36. Схема лифферснииально.мостоапго каарнсаого оолосоаого фильтра с расгиирительными катунсками и построение его характеристики затухания Вх Рис.
9.66. Магнитострикнионныа резонатор: а — сеенегнэесное нэоббэненне, б — усаоеное пбпэнэеенне; е — энннпэпененэн сесне: е — пастрое. нне ээсэоенпсэ ээрэн ернсеенн сопраенппенна З~)" вб Вгб а О Озо! ЕХСГ Озбгсбоогат В) в) Ю) Ю г) к другу. Из построения характеристик затухания на рис. 9.32, 9.33, б, в видно, что при указанных соотношениях параметров кварцевые фильтры могут получаться излишне узкополосными.
Для расширения полосы прозрачности (и проиускиния) кварцевьсх фильтров применяют так назебваемые расширительные 'катушки индукгивности. На рис. 9.34, а показан кварцевый резонатор с последовательно включенной расширительной катушкой, а на рис. 9.34, б построена частотная характеристика его сопротивления. Второй нуль сопротивления означает, что в такой схеме появляется третий резонанс. За счет этого дополнительного резонанса и расширяется полоса прозрачности кварцевого фильтра, что наглядно видно из рис. 9.35. На рис. 9.35, и изображена схема с двумя расширительными катушками, полученная из схемы дифференциально-мостового 435 фильтра (см. рис. 9.33, а).
На рис. 9.35, б приведены частотные характеристики сопротивлений плеч этой схемы, а на рис. 9.35, в построена 'характеристика затухания фильтра в соответствии с условиями (9.48). Построение показывает, что полоса прозрачности расширилась вплоть до частоты дополнительного резонанса. 2. Магнитострикционные фильтры. В магнитострикционных фильтрах также используются механические резонаторы, обладающие и электрическими свойствами. Такой электромеханический резонатор представляет собой катушку нндуктивности с сердечником из магннтострикционного материала (рис. 9.36, а, б) и называется магнигострикционным резонатором.
Сердечник предварительно намагничен нли подмагничивается постоянным магнитом, поскольку магнитострикционный эффект является четным, т. е. знак деформации сердечника не зависит от направления магнитного поля. При прохождении тока через катушку индуктивности сердечник деформируется за счет магннтострнкционного эффекта. При этом на ней возникает напряжение, складывающееся из двух составляющих. Первая составляющая является падением напряженна на нндуктивностн 7 б катушки с заторможенным сердечником. Вторая составляющая напряжения обусловлена магннтоупругим (обратным магнитострикционным) эффектом.
Она является максимальной на резонансной частоте механических колебаний сердечника, на которой максимальны сами колебания. Если амплитуда тока фиксирована, то юь! Ф максимальное падение напряжения при -о резонансе получается и на параллель- ном контуре, который имеет на резо)Хг нансной частоте максимальное сопротнва) ление (см. рис. 3.30, б). Поэтому влияние магнитострикционного эффекта в эквива»»б , 'Хгу,'~ "' лентной схеме резонатора может быть учтено включениехб параллельного понтус","-( ра последовательно с индрктивносгью б'.ь Хг~~,,~к~ '~» ~ Х (рис. 9.36, в).
Частотная характеристика сопротивления такой схемы без учета потерь построена на рис. 9.36, г. На рис. 9.37, а приведена схема полу- Я~ ~ ! ~~, звена цепочечного магнитострикционного 1 7 ~ хч фильтра. Магнитострикционные реэонатоб б— тб~ б * б р б б б, б Р й ния Х совпадал с нулем сопрогивле- т ния Х, (рис. 9.37,6).
В соответствии с рис. ".зп Пытузвень чб- условчями (9.47) на рис. 9.37, в построецкыыогь фьльтрь и ыя на частотная характеристика затухания, роение о хьььхнрб. из которой видно, что рассматриваемое бтьхя затухания звено является волосовым филшром 436 двумя полюсами затухания. Аналогичные характеристики затухания получаются и в мостовых магнитострикционных фильтрах. 3.
Фильтры с механическими резонаторами. ЭМФ с механическими резонаторами используют в диапазоне частот 50 Гц— 1 МГц. На самых низких частотах применяют полосовые фильтры камерговного типа (рис. 9.38, а). Здесь резонаторами Р служат металлические язычковые вибраторы, а связками С между резонаторами — эластичная перемычка между ними. На входе и выходе такого ЭМФ ставят ЭМП электромагнитного типа. Эквивалентная схема звена камертонпого ЭМФ приводится к виду, как на рис. 9.16, б. я йг Рг Рт Рг гвт Рг е=!вв с Рис. 9.38. Конструктивные схемы ЭМФ с мехвнинескими реза- нвтарвми Дисковые полосовые ЭМФ (рис. 9.38, б) пригодны на частотах в десятки и сотни килогерц.
В них резонаторами служат металлические диски, совершающие изгибные колебания, а связками — приваренные проволочки, совершающие продольные колебания. На входе и выходе фильтра применяют ЭМП магнитострикционного типа, как на рис. 9.38, б, а также ЭМП пьезоэлектрического типа. Эквивалентная схема звена дискового ЭМФ имеет вид, как на рис. 9.16, а. Для уменьшения габаритов и увеличения жесткости дисковых ЭМФ длину связок в них уменьшают до значений Лв/!0 —: Ла/8.
Стержневой ЭМФ (рис. 9.38, в) удобен на частотах от единиц до сотен килогерц. В нем металлические стержневые разонаторы являются полуволновыми отрезками механической (акустической) длинной линии с волновым сопРотивлением Ры свЯзками служат четвертьволновые стержни с волновым сопротивлением .
ре. Оконечные резонаторы с волновым сопротивлением р~/2 являются магнитострикционными резонаторами, которые выполняют 437 П ЛАВ П а) 1 Я .Ллб л П ивых Рис. 9.40. Эквивалентные схемы звена фильтра на ПАВ Рис. 9.39. Возбуждение ПАВ и конструктивная схема фильтра на ПАВ 438 также роль ЭМП на входе и выходе фильтра, Их волновое сопротивление уменьшено для согласования по характеристическому сопротивлению оконечных звеньев с остальными звеньямн. Эти внутренние звенья имеют эквивалентную схему в виде волнового звена, показанного на рис.
9.15, а. Таким образом, стержневые ЭМФ обладают свойствами многозвенного волнового полосового фильтра. Такие ЭМФ на частотах в сотни килогерц получаются достаточно компактными. Например, на частоте 500 кГц стальные , полуволновые резонаторы имеют длину 5 мм. Это обусловлено низкой скоростью распространения продольных акустических волн в.механической длинной линии. В стальном стержне она равна 5 10'м/с. Для уменьшения габаритов фильтра на более низких частотах в стержневых ЭМФ применяют крутильные коле- бария, скорость распространения которых в стальных стержнях получается приблизительно в 1,5 раз меньше скорости продольных колебаний.
Для уменьшения габаритов фильтров на звуковых частотах резонаторы (н связки) усложняют по форме, выполняя их с переменным сечением. По форме резонаторов эти фильтры называются гантельными 3)ИФ. 4. Фильтры на поверхностных акустических волнах. ~ушеству ют разновидности ЭМФ, называемые фильтрами на поверхностных акустических волнах 1'ПАВ). Эти волны являются разновидностью механических колебаний, которые распространяются в тонком поверхностном слое твердого тела, имеюшего форму пластины или стержня. Возбуждение ПАВ в пьезоэлектрической пластине показано на рис. 9.39, а. Между двумя тонкими электродами 1 и 2 в поверхностном слое пластины возникает деформация растяжения — сжатия, как и в обычном пьезоэлектриче- ском преобразователе. При этом возникают ПАВ, распространяюшиеся к краям пластйны.
У этих краев размещаются поглотители П, предотврашаюшие отражение от них бегущих волн. Возбудитель ПАВ в фильтре состоит из множества электродов, подключенных к общим шинам 3, 4 (рис. 9.39, б), и называется встречно-штыревым преобразователем (ВШП). На выходном конце фильтра также имеется ВШП с общими шинами 6 и 6. ПАВ, возбугкдсггныс во входном ВШП, распространяются к выходному ВШП, в котором онн преобразуются вновь в электрические колебания. Таким образом, промежуток между входным и выходным ВсПП является акустической (механической) линией связи между ними с некоторым волновым сопротивлением р.
ВШП имеют две конструктивные особенности. Во-первых, расстояния между любыми двумя смежными электродами равны половине длины волны. Поэтому любой междуэлектродный промежуток настроен в резонанс и образует вместе с электродами пьезоэ гектрический резонатор (см. рис. 9.29). Во-вторых, любые смежные электроды ВШП подключены к противоположным шинам (рис. 9.39, б), которые имеют потенциалы противоположной полярности. Поэтому электрические поля в смежных пьезоэлектрических резонаторах имеют встречные направления. Следовательно, и механические колебания в смежньсх резонаторах происходят в противофазе. Таким образом, смежные резонаторы нельзя считать соединенными параллельно, хотя их электроды подключены к общим шинам, поскольку параллельно включенные резонаторьс колебались бы в фазе.
Чтобы ' учесть противофазность колебаний смежных пьезоэлектрических резонаторов, их надо соединить полуволновымн отрезками линии с волновым сопротивлением р, которые являются продолжением акустической лйнии связи между ВШП. При этом образуется эквивалентная схема звена ВШП, показанная на рис. 9.40, а. Следует учесть, что в этой схеме проводимость, В равна половине полной проводимости пьезоэлектрического резонатора, который соответственно делится при разбиении ВШП на звенья. Из таких цепочечно соединенных звеньев состоит как входной, так и выходной ВШП. Следовательно, оба они представляют собой многозвенные цепочечные пьезоэлектрические фильтры, соединенные акустической линией связи (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
