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技術文章

關于晶體濾波器(crystal filter)
晶體濾波器技術資料(crystal filter)

    
      用晶體諧振器組成的濾波器。晶體濾波器與LC諧振回路構成的濾波器相比,在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過渡帶陡度和插入損耗等方面都優(yōu)越得多，已廣泛用于通信、導航、測量等電子設備。1921年W.G.凱地將晶體諧振器用于各種調(diào)諧電路,形成了晶體濾波器的雛形。1927年L.艾斯本希德把晶體諧振器用于真正的濾波電路。1931年W.P.梅森又把它用于格型濾波器。60年代中期，集成式晶體濾波器研制成功，從此，晶體濾波器在小型化方面有了很大發(fā)展。 

      石英晶體諧振器是*常用的晶體諧振器之一，它在濾波器中主要用作窄帶通濾波器。鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體諧振器的耦合系數(shù)和頻率常數(shù)較大，適于制做高頻寬帶通濾波器。其他壓電材料因溫度穩(wěn)定性較差，很少采用。（見壓電器件）


      當作用于晶體諧振器的電信號頻率等于晶體的固有頻率時，電能通過晶體的逆壓電效應在晶體中引起機械諧振產(chǎn)生機械能;在輸出端,正壓電效應又將這種機械能轉(zhuǎn)換為電信號。晶體諧振器及其等效電路和阻抗特性如圖1。其中，L1、C1和R1分別代表晶體諧振器的動態(tài)電感、動態(tài)電容和動態(tài)電阻；C0為晶體支架和電極間的靜態(tài)電容。R1通常很小，可忽略不計。這樣，圖1a的等效電路可視為純電抗二端網(wǎng)絡。諧振器的串聯(lián)、并聯(lián)諧振頻率f1、f2以及比值f2/f1分別為 
比值 f2/f1隨比值C1/C0而異。這個特性可以用來調(diào)節(jié)晶體濾波器的通頻帶。例如，諧振器外接一個串聯(lián)電容器,等效于C1減小、f1升高；而外接一個并聯(lián)電容器,則等效于C0增大、f2降低。兩者均可縮小f1與f2之間的間隔,即縮窄通頻帶。如果串接或并接電感器,則將增大頻率間隔，展寬通頻帶。

      因晶片不能做得很薄，石英晶體諧振器的基波頻率只能達到30～35兆赫。工作頻率較高的諧振器大多工作于泛音（高于基頻近奇次倍的振動），但泛音次數(shù)越高，串、并聯(lián)諧振頻率的間隔越小。 

      70年代發(fā)展起來的離子刻蝕技術能使晶體諧振器的基波頻率接近 500兆赫。但由于外接元件，特別是線圈問題，其泛音頻率也只能做到 600兆赫，相對帶寬約為0.01％～1％。
    
      分立式晶體濾波器 　由分立式晶體諧振器和分立式電子元件構成的濾波器。圖2a的差接橋型晶體濾波器是其一種。在濾波性能上它和格型濾波器等效，但所用的晶體諧振器數(shù)目可減少一半。其阻抗特性及衰減特性如圖2b 和c。在f1至f3之間,z1和z2的符號相反,又由于變壓器次級兩端電壓的極性相反,兩臂中的電流同號相加,所以f1至f3間為濾波器的通頻帶。同理,當f＜f1和f＞f3時,z1和z2同號,兩臂電流異號相減;所以f1～f3兩側(cè)以外的區(qū)域為阻帶。z1＝z2時,輸出為零,f、f為無窮大衰減頻率。分立式晶體濾波器可實現(xiàn)的中心頻率為10千赫到350兆赫,相對帶寬為0.01％～10％。 
       
      集成式晶體濾波器 　采用集成電路工藝制作的晶體濾波器，有單片的、串聯(lián)單片的和多片的三種類型。

      單片晶體濾波器 　由鍍在AT切（見石英晶體）石英片上若干對電極形成的耦合諧振器組成。圖3為其中*簡單的四電極單片晶體濾波器電路結構及其等效電路。輸入諧振器隨所加信號電壓而產(chǎn)生厚度切變振動，晶片因受電極質(zhì)量負荷的影響，電極區(qū)的諧振頻率比非電極區(qū)的低，使彈性波在兩區(qū)邊界發(fā)生反射,從而使絕大部分能量陷落在電極區(qū)內(nèi),少量泄漏的能量則耦合到與之相鄰的諧振器。這樣依次相傳到輸出諧振器，再變?yōu)殡娦盘枴＿m當?shù)卦O計電極尺寸、諧振器間距和頻率鍍回率，就可以控制彈性波在晶片中的傳播，從而實現(xiàn)濾波功能。 
    
      串聯(lián)單片晶體濾波器 　由若干用電容耦合的單片晶體濾波器組成（圖4）。其優(yōu)點是利于調(diào)整工作頻率和抑制寄生頻率。

      
      多片晶體濾波器 　由串聯(lián)的耦合諧振器、并聯(lián)的單諧振器和電容器組成（圖5）。其特點是能在靠近通頻帶的頻率上形成若干衰減峰，有利于抑制干擾和改善濾波性能。

    
      集成式晶體濾波器體積小、可靠性高而且造價低。但其中心頻率只有4.5～350兆赫，相對帶寬為0.01％～0.3％,所以在要求中心頻率低、通頻帶寬的場合尚不能取代分立式晶體濾波器。 

晶體濾波器技術資料(crystal filter)

      用晶體諧振器組成的濾波器 。與 LC 諧振回路構成的濾波器相比，晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過渡帶陡度和插入損耗等方面都優(yōu)越得多，已廣泛用于通信、導航、測量等電子設備。1921 年 W. G.凱地將晶體諧振器用于各種調(diào)諧電路 ，形成了晶體濾波器的雛形 。1927年L.艾斯本希德把晶體諧振器用于真正的濾波電路 。1931年 W.P.梅森又把它用于格型濾波器。60年代中期，集成式晶體濾波器研制成功，晶體濾波器在小型化方面有了很大發(fā)展。石英晶體諧振器是*常用的晶體諧振器之一，它在濾波器中主要用作窄帶通濾波器。鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體諧振器的耦合系數(shù)和頻率常數(shù)較大，適用于制做高頻寬帶通濾波器。其他壓電材料因溫度穩(wěn)定性較差，很少采用。 

      用晶體諧振器組成的濾波器。與LC諧振回路構成的濾波器相比，晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過渡帶陡度和插入損耗等方面都優(yōu)越得多，已廣泛用于通信、導航、測量等電子設備。1921年W.G.凱地將晶體諧振器用于各種調(diào)諧電路 ，形成了晶體濾波器的雛形。1927年L.艾斯本希德把晶體諧振器用于真正的濾波電路 。1931年W.P.梅森又把它用于格型濾波器。60年代中期，集成式晶體濾波器研制成功，晶體濾波器在小型化方面有了很大發(fā)展。石英晶體諧振器是*常用的晶體諧振器之一，它在濾波器中主要用作窄帶通濾波器。鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體諧振器的耦合系數(shù)和頻率常數(shù)較大，適用于制做高頻寬帶通濾波器。其他壓電材料因溫度穩(wěn)定性較差，很少采用。