几种滤波器

一、LC集中选择性滤波器：1.常用的LC式集中选择性滤波器LC的品质因数一般在100~200范围内。组成：五节单节滤波器，六个调谐电路。Rs：表示信号源内阻Rl：表示负载电阻Vs：表示输入电压Vo：表示输出电压2.单节LC滤波器。传通条件：14021ZZ（1）Vs+-·CLL2C2C0RsC0L22CL2C2C0C0L22CLCC0RL+-VoC″0C′0·图1.1常用LC集中选择性滤波器Vs+-·CLLCC0(Z1)RsRL+-Vo·2Z22Z2图1.2单节LC滤波器由式（1）与图1.3可得：当2ff时，21ZZ、同号，单节滤波器为阻带；当21fff时，21ZZ、异号且满足式（1），单节滤波器为通带；当1ff时，21ZZ、异号但不满足式（1），单节滤波器为阻带。五节集中滤波器的滤波特性曲线如图3虚线所示。其截止频率为21ff、，中心频率为0f。中心频率：210fff，滤波器的通频带宽度：12fff。该滤波器的传通条件为O=(Z1/4Z2)=-1，即在通带内要求阻抗z1和z2异号，并且4z2z1。根据此条件分析图中所示单节滤波器的通带和阻带。当ff2时，Z1、Z2同号，为容性，为阻带;当f1ff2时，Z1、Z2异号,且满足|4Z2||Z1|,为通带。当ff1时，Z1和Z2异号，但|4Z2||Z1|，为阻带。图1.3单节滤波器的电抗曲线二、石英晶体滤波器1.特点用石英晶体切割成的石英谐振器，其品质因数Q可达几万甚至几百万，因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特性很陡峭、通带衰减很小的滤波器。石英谐振器广泛应用与频率稳定度极高的振荡电路中。2.物理特性石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成，石英晶体是SiO2的结晶体，在自然界中以六角锥体出现。ZZ轴(光轴)：连接两个角锥顶点(1条)XX轴(电轴)：沿对角线的轴(3条)YY轴(机械轴)：电轴相垂直的轴(3条)沿着不同的轴切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。YXXYZYYXXYYXXYYXX(a)(b)图2.1石英晶体的结晶和横断面图3.压电效应石英晶体谐振器之所以能成为电的谐振器，是由于它具有压电效应。晶体受外力作用而变形时，就在它对应的表面上产生正负电荷，呈现出电压，称为正压电效应。当在晶体两面加交变电压时，晶体就会发生周期性的振动，振动的大小基本上正比于电压幅度，振动的性质决定于电压的极性，这称为反压电效应4.英晶体振谐器的等效电路和符号石英晶体和其他弹性体一样，具有惯性和弹性，因而存在着固有振动频率，当外加电信号频率在此固有频率附近时，晶体片就产生谐振。0C：代表石英晶体支架静电电量，一般为几至几十pF。身特性晶体本（几至几百欧）：摩擦损耗（百分之几皮法）：晶体等效弹性模数（几亨至十分之几亨）：晶体质量（惯性）qqrCqL石英晶体的特点是：①效电感Lq特别大、等效电容Cq特别小，故石英晶体的Q值LqCqrqC0JT图2.2石英晶体振谐器的等效电路qqqq1CLrQ很大(一般为几万到几百万)，这是普通LC电路无法比拟的。②由于C0Cq，这意味着等效电路中的接入系数0qCCp很小，因此外电路影响很小。石英谐振器的等效电抗（阻抗特性）串联谐振角频率(自然角频率)qqq1CL并联谐振角频率q0q0qp1CCCCL0qqq11CCCL0q1CCq显然ωpω，由于CqC0，因此ωp与ωq很接近接入系数0qCCp很小，一般为10-3数量级。等效电路的阻抗一般表示为0qqqqqq021211)1()1(1CjCLjrCLjrCjzzzzZe上式忽略rq后可简化为22p220/1/11qeeCjjXZ当=q时，Ze=0，Lq、Cq串联谐振；当=p时，Ze=，回路并联谐振；当p或q时，jXe为容性；当pq时,jXe为感性，其电抗曲线如图2.3所示。ωqωpωoXe容性容性感性图2.3石英晶体谐振器的电抗曲线三、陶瓷滤波器1.陶瓷滤波器：利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器称为陶瓷滤波器。优点：陶瓷容易焙烧，可以制成各种形状，适合滤波器小型化；而且耐热性、耐湿性较好，很少受环境影响。品质因数LQ为几百，比LC滤波器高，远低于石英晶体滤波器。2.单片陶瓷滤波器的等效电路和符号C0：为压电陶瓷谐振子的固定电容；Lq：为机械振动的等效质量；Cq：为机械振动的等效弹性模数；Rq：为机械振动的等效阻尼；串联谐振频率qqq1CL并联谐振频率CLCCCCLq0q0qqp11式中，C为C0和Cq串联后的电容。声表面波滤波器3.四端陶瓷滤波器如将陶瓷滤波器连接成图3.2所示形式，即为四端陶瓷滤波器。L'qC'qR'qC02L图3.1单片陶瓷滤波器的等效电路图3.2四端陶瓷滤波器图3.2（a）为两个谐振子连接成的四端陶瓷滤波器，（b），（c）分别由五个谐振子和九个谐振子连接成的四端陶瓷滤波器。谐振子数目越多，滤波器性能越好。四、表面声波滤波器1.表面声波是利用局部扰动产生的一种通过固体介质内和沿表面传播的波。声表面波滤波器是一种以铌酸锂、石英或锆钛酸铅等压电材料为衬底(基体)的一种电声换能元件。2.特点①工作频率高，中心频率在10MHz–1GHz之间，且频带宽，相对带宽为0.5%~25%。②尺寸小，重量轻。动态范围大，可达100dB。③由于利用晶体表面的弹性波传送，不涉及电子的迁移过程，所以抗辐射能力强。Rs~UsRL压电基片发送叉指换能器接收叉指换能器吸声材料图4.1表面声波滤波器的结构示意图④温度稳定性好。⑤选择性好，矩形系数可达1.2。