Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
Для наглядности АЧХ фильтра показана на двух отдельных графиках с использованием различных масштабов для шкалы ослабления. На рис. 5.9 частотная характеристика приведена в диапазоне затухания от 0 до 3 дБ.
Здесь также приведен график затухания для простейшей схемы последовательного резонансного контура. На рисунке видно, что в области центральной частоты (частоты резонанса) график характеристики фильтра Баттерворта имеет более плоский вид по сравнению с графиком затухания простейшего контура. На рис. 5.10 приводятся результаты моделирования Той же АЧХ, однако диапазон по оси затухания увеличен до 20 дБ.
На графике видно, что частотная характеристика фильтра Баттерворта изменяется более резко, чем аналогичный параметр резонансного контура.
В заключение посмотрим, как выполняется расчет двухэлементного режекторного фильтра Баттерворта с центральной частотой 7 МГц 'и шириной полосы затухания
5.4. ПОЛОСОВЫЕ ФИЛЬТРЫ [Щ]
6 7 8
Частота, МГц
Рис 5.9. Результат моделирования (с использованием программы Puff) частотной характеристики в диапазоне ослабления от 0 до 3 дБ полосового фильтра Баттерворта второго порядка, схема которого приведена на рис. 5.8а. Ширина полосы пропускания на уровне 3 дБ равна 750 кГц, что подтверждает %
выражение 5.30. Для сравнения показана АЧХ последовательного резонансного контура_
Последовательный
6 7 8
Частота, МГц
Рис 5.10. Результат моделирования (с использованием программы Puff) частотной характеристики полосового фильтра Баттерворта второго порядка в диапазоне ослабления до 20 дБ. На графике виден более резкий спад частотной характеристики фильтра по сравнению с характеристикой одиночного резонансного контура
[ТасГ| 5. ФИЛЬТРЫ
на уровне 3 дБ Af = 750 кГц. Схема фильтра приведена на рис. 5.76. Для нее можно записать:
C1 =
1
a,Z0Aco
= 3,0пФ
(5.34)
L =
^C1
= 172нГн
(5.35)
L, =
C =
— о _
а2Дсо 1
CuJL2
7,5 мкГн
69 пФ
(5.36)
(5.37)
Рассчитанные значения для элементов схемы отражены на рис. 5.86. Частотная характеристика фильтра показана на рис. 5.11, для сравнения приведена АЧХ полосового фильтра.
Обратите внимание, что для фильтров Баттерворта второго порядка значения им-митанса а^иа, равны. Следовательно, величина нормированного реактивного сопротивления последовательно включенных элементов в точности равна величине нормированной проводимости параллельно включенных элементов. Эта особенность
? 10
20
Частота, МГц
Рис 5.11. Результат моделирования (с использованием программы Puff) частотной характеристики режекторного фильтра Баттерворта второго порядка/ схема которого дана на рис. 5.86; для сравнения показана частотная характеристика полосового фильтра, изображенного на рис. 5.8а
5.5. КВАРЦЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ fffi]
позволяет очень точно идентифицировать фильтры указанного типа в схеме. Так, ФВЧ в схеме приемника NorCal 4OA является полосовым фильтром Баттерворта второго порядка. Более подробно о нем рассказывается в задаче № 16. Фильтр промежуточной частоты (ФПЧ) приемника нужно рассматривать как последовательность пары таких полосовых фильтров. ФПЧ выполняют важную функцию в схеме приемника. В них используются кварцевые резонаторы с весьма высоким значением добротности Q, позволяющие получить очень узкие полосы пропускания.
5.5. Кварцевые фильтры
Кварцевые кристаллы1 - один из основных материалов в электронике. Они позволяют часам с высочайшей точностью отсчитывать время, управляют ведущим генератором в микропроцессорных системах и т.д. В радиотехнике кварцы задают частоту генерации, а также используются в качестве фильтров с очень узкой полосой пропускания. Столь широкое применение кварца может показаться удивительным, особенно если учесть, что он является изолятором. Кварц обладает рядом интересных свойств. Прежде всего он пъезоэлектрик: если к кристаллу приложить напряжение, он изменит свои линейные размеры. Используя пьезоэлектрический эффект, можно преобразовывать электрические сигналы в механические колебания. Этот процесс носит двухсторонний характер: напряжение вызывает механическое пере- % мещение, а механическое воздействие - появление напряжения. Например, в газовых плитах и водонагревателях очень часто используют пьезоэлектрические поджигатели: механическое усилие деформирует кристалл, что вызывает появление высокого напряжения на контактах, которое уменьшается в искровом зазоре при электрическом разряде.
Кварцевые механические резонаторы имеют очень высокое значение добротности Q от 50 ООО до 100 ООО. Основные потери происходят не в самом кристалле, а вызваны сопротивлением окружающей среды (воздуха) и элементов крепления кристалла. Значение Q кварцевого кристалла значительно превышает аналогичный параметр резонатора на контуре LC в линии передачи. Величина последнего ограничивается сопротивлением металла, поэтому значение Q не превышает 100 и, как правило, бывает даже ниже. Значения резонансных частот находятся в диапазоне от 1 кГц до 100 МГц. С химической точки зрения кварц - это двуокись кремния. Исходным материалом для кварца служит песок, а это означает, что производство кристаллов кварца не должно быть слишком дорогим. Вместе с тем известно, что кристаллы могут вырезаться с очень высокой точностью, а при изменении температуры их резонансная частота меняется незначительно. Кристаллы вырезают в определенном направлении, которое называется АТ-срезом. Это обеспечивает такой низкий температурный коэффициент, как одна миллионная часть на один градус Цельсия.
