Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей (1987) (1095414), страница 91
Текст из файла (страница 91)
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. рис. 9.39, 6).
Рассмотрим селективные свойства звена ВШП. Матрица звена с учетом табл. П.!7, П.18 и П.19 определяется следующим образом: или ! — ллвл/2 !ллч/2 ! с9 89г (С(лч/29+ 2 — лсв~л/2) г — львл/2 /' Существенно отметить, что отрицательный знак перед полученной матрицей свидетельствует об изменении фазы колебаний 439 в звене на угол и и означает, что это звено является цепью немннимально-фазового типа (как и вообще волновые фильтры). Однако прк рассмотрении селектнвных свойств фильтра на ПАВ указанные фазовые сдвиги можно не учитывать, как и в волновых фильтрах (см.
$ 9.3.3), При этом и отрицательный знак перед матрицей (9.69) следует отбросить. Тогда из соотношений (8.49) и (9.69) определяется другая эквивалентная схема звена — П-образная схема (рис. 9.41, б) с параметрами, имеющими значения !(~ ' Л ., «сг гна д) Рнс. 9ЛК Построение характеристики загухзкия пол)звена филырз нз ПАВ 12Х~ =)п()ч/2, !Хт = 1/)В, (9,70) 4 9.5. линки зддержки В различных устройствах связи возникает задача задержки сигналов во времени, Например, в цветном телевидении применяетсн поочередная (через строку) передача сигналов цветности.
Для совмещения во времени этих сигналов нх надо поочередно задерживать прн обработке информации в телевизионном приемньке. Задержку сигналов можно осуществлять с помощью электрических н механических (акустических) линий задержки (ЛЗ). 1. Электрические линни задержки. Естественная задержка сигналов возникает при их передаче но длинной линии. Однако при скорости распространения бегущей волны (7.69) задержка сигнала только на 0,7 мкс, необходимая, например, в цветном телевизоре, потребует линию длиной 210 м.
Для получения приемлемых размеров такой ЛЗ надо уменьшить фазовую скорость, Здесь в первом равенстве сопротивление последовательного плеча обозначено с коэффициентом 2, так что при разбиении полученного звена на полузвенья их продольные плечи имеют сопротивление )ХИ Отброшенный знак перед матрицей (9.69) может быть снова учтен в полученном звене скрещиванием его входных или выходных зажимов.
Отметим, что имеются и другие эквивалентные схемы фильтра на ПАВ, в которых сразу учитываются все фазовые сдвиги. В этих схемах ВШП представляют в виде трансверсального фильтра с отводами от каждого пьезоэлектрического резонатора (см. 3 9.1.1). формулы (9.70) позволяют построить частотные характеристики сопротивлений плеч полузвена фильтра. Это сделано на рис. 9.41, а с учетом рис. 9.30, в.
По полученным графинам в соответствии с условиями (9.47) на рис. 9.41, б построена характеристика затухания полузвена. Из этой характеристики видно, что фильтр на ПАВ является полосовым фильтром. Такие фильтры используют в диапазоне частот 1 МГц — 3 13 ц. !с ср! й о 1 = 1/гос )/1 — Й', !с ср! й ) 1 = О. Частотная характеристика этого ГВП показана спловшой линией на рис. 9.43. Здесь >ке пунктирной лкнией изображена характеристика рабочего ГВП для полузвена, нагруженного на сопротивления Гса! = Ваэ = р. Из рис. 9,43 видно, что групповая скорость в искусственной длинной линии, составленной из полу- звеньев ФНЧ типа Р, изменяется в соответствии с рнс.
7.13, д. Для отсутствия фазовых искажений задержанного сигнала ГВП должно иметь постоянное значение в полосе пропцскания ФНЧ. Этому требованию ФНЧ типа р удовлетворяет лишь приблизительно в части полосы пропускания, как видно из рис.
9.43. Для уменьшения искажений прнменнют более сложные схемы ФНЧ. Например, более постоянное значение ГВП можно получить в полосе пропускання ФНЧ типа т ( м. рис. 9.7, в) прн сг Рис. 9.4З. Частотные карактернстики ГВН полуэвена ФНс! типа р Рис. 9.44. Звено ФНЧ типа пс н его эквивалентная стена прн сп ) ! 44! т. е. в соответствии с формулой (7.67) увеличить погонные индуктивность н емкость линии. Этого можно Рнс. 9.42. Искусственная ллинная линия достигнуть включением в линии ряда катушек и конденсаторов. В итоге получается конструкция, называемая искусственной длинной линией.
Схема этой ° линии (рис. 9.42) является; очевидно, пепочечным фильтром нижних частот. Время задержки в таком многозвенном ФНЧ определяется количеством звеньев (полузвеньев) и нх параметрами. Поскольку задержке подлежат пе гармонические колебания, а сложные сигналы, указанное время определяется групповым временем. прохождения.
Для простейшего полузвена типа р (см. рнс. 9.5, б) характеристическое ГВП находим по определению (8.73) нз форс мул (9.37): т ) 1. Это показывают расчеты с помощью формул (8.73) и (9.45). Однако из рис. 9.10, в видно, что звено ФНЧ при т) 1 имеет отрицательную индуктивность в поперечном плече. Тем не менее оно реализуемо с помощью индуктнвно связанных катушек, как показано на рис. 9.44, а. Эквивалентная схема Рнс э 4з этого звена построена на рис. 9.44, б в соответствии с эквивалентной схемой трансформатора при сотинчвтой удз гласном включении его обмоток (см. рис.
3.38,а). В качестве звеньев ЛЗ применяют ФНЧ и других типов, в том числе А)ТС-фильтры. Они отличаются компактностью и позволяют получить хорошие частотные характеристики ГВП. Расчет ЛЗ, состоящих из А)7С-звеньев, осуществляют 'обычно методами синтеза (см. гл. 10). Общим недостатком электрических ЛЗ является небольшое вРемЯ задеРжки то, полУчаемое в элементаРных звеньЯх (полУ- звеньях) ФНЧ, из которых состоят такие ЛЗ. Например, в полу- звене ФНЧ типа р можно принять (о= 1/от„как видно из рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
