第二章濾波器24

濾波器

濾波器:是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。濾波器概述1、濾波器是一種對(duì)信號(hào)有處理作用的器件或電路。2、主要作用是：讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對(duì)無用信號(hào)盡可能大的衰減。3、濾波器一般有兩個(gè)端口，一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)輸出信號(hào)

4、利用這個(gè)特性可以將通過濾波器的一個(gè)方波群或復(fù)合噪波，而得到一個(gè)特定頻率的正弦波。5、濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。6、最基本的濾波器，是由一個(gè)電容器和一個(gè)電感器構(gòu)成，稱為L(zhǎng)型濾波。所有各型的濾波器，都是集合L型單節(jié)濾波器而成。基本單節(jié)式濾波器由一個(gè)串聯(lián)臂及一個(gè)并聯(lián)臂所組成，串聯(lián)臂為電感器，并聯(lián)臂為電容器。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L(zhǎng)型及π型兩種。就L型單節(jié)濾波器而言，其電感抗XL與電容抗XC，對(duì)任一頻率為一常數(shù)，其關(guān)系為

XL·XC=K21、LC諧振式濾波器

利用LC諧振回路的阻抗特性，可對(duì)某一頻率濾波，組成各種LC諧振式濾波器。

1）串聯(lián)諧振式濾波器利用LC回路串聯(lián)諧振時(shí)，對(duì)諧振頻率的信號(hào)回路阻抗最小，而對(duì)偏離的信號(hào)回路阻抗很大的特性，將其串接在電路中可以取出的信號(hào)，而濾除其它信號(hào)；將其并接在電路中可以濾除的信號(hào)。

2）并聯(lián)諧振式濾波器利用LC回路并聯(lián)諧振時(shí)，對(duì)諧振頻率的信號(hào)回路阻抗最大，而對(duì)偏離的信號(hào)回路阻抗很小的特性，將其串接在電路中，可以濾除的信號(hào)；將其并接在電路中可以取出的信號(hào)，而濾除其它信號(hào)。LC諧振式濾波器可通過改變L或C來改變諧振頻率，從而較靈活地適應(yīng)任何頻率信號(hào)的濾波，在高頻電路中廣泛使用，但LC回路Q值不高，選擇性不理想。2、石英晶體濾波器

1)物理特性（二氧化硅結(jié)晶體）

結(jié)構(gòu)：有三個(gè)對(duì)稱軸Z（光）軸、X（電）軸、Y（機(jī)械）軸，按與各軸不同角度切割形成不同晶體。在晶片上加金屬電極引線，并以金屬殼封裝或玻璃殼封裝，成為石英晶體諧振器。（如圖3-15、圖3-16）原理：壓電效應(yīng)：外力產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)表面有正負(fù)電荷產(chǎn)生或電諧振（正壓電效應(yīng)）；交變電壓機(jī)械變形振動(dòng)（反壓電效應(yīng)）

過程:外加交變電壓周期振蕩電荷周期變化交流流過晶體。石英晶體諧振器2)等效電路及阻抗特性石英晶體諧振器的等效電路。從圖可看出,石英晶體諧振器是一串并聯(lián)的振蕩回路。

C0:晶體靜電容(極板間電容)LS:質(zhì)量(慣性)CS:等效彈性模數(shù)rS:摩擦損耗串聯(lián)諧振頻率fS:并聯(lián)諧振頻率fP:由于CS<<C0，故fP略高于fS。品質(zhì)因數(shù):QS=ωSLS/rS,很大，可達(dá)幾萬甚至幾百萬。帶寬：

BS=fS/QS很窄,串、并聯(lián)電感可拓寬。接入系數(shù):

很小,與外界的耦合弱,應(yīng)用時(shí)并接電容CL(20~30pF),石英晶體的標(biāo)稱值是接CL后的測(cè)得的fP值。陶瓷濾波器聲表面波濾波器聲表面波濾波器是一種以鈮酸鋰、石英或鋯鈦酸鉛等壓電材料為襯底（基體）的一種電聲換能元件。

聲表面波器件：沿表面?zhèn)鞑C(jī)械振動(dòng)波的彈性固體器件。原理：在某些具有壓電效應(yīng)材料（常以鈮酸鋰或石英等）的基片上，制作叉指換能器，當(dāng)在叉指兩端加有高頻信號(hào)時(shí)，通過壓電效應(yīng)，在基片表面激起同頻率的聲表面波，并沿軸線方向傳播，另一端的叉指換能器將它變?yōu)殡娦盘?hào)輸出頻率特性：取決于叉指電極的幾何形狀，與它的數(shù)量、位置和疏密相關(guān)，通過改變叉指電極的幾何條件，就可控制聲表面波的中心頻率、帶寬、幅度和相位。聲表面波濾波器的應(yīng)用1.各種形式的選頻網(wǎng)絡(luò)在通信電子線路中得到廣泛的應(yīng)用。它能選出我們需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量，因此掌握各種選頻網(wǎng)絡(luò)的特性及分析方法是很重要的。

2.選頻網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類。第一類是由電感和電容元件組成的諧振回路，它又分為單振蕩回路和耦合振蕩回路，第二類是各種濾波器，主要有LC集中濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等。

3.串聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者串聯(lián)；并聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者并聯(lián)。串并聯(lián)諧振回路的共同點(diǎn)是：當(dāng)Q值很高時(shí)，諧振頻率均為通頻帶均可表示為

串并聯(lián)諧振回路的不同點(diǎn)是：品質(zhì)因數(shù)的表示形式不同，串聯(lián)諧振回路中：

4、串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，其電感和電容上的電壓為信號(hào)源電壓的Q倍，稱為電壓諧振；并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)其電感和電容支路的電流為信號(hào)源電流的Q倍，稱為電流諧振。5、串聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)f>f0時(shí)回路呈感性，f<f0時(shí)回路呈容性；并聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)f>f0時(shí)回路呈容性，f<f0時(shí)回路呈感性。6、串并聯(lián)阻抗等效互換時(shí)：X串=X并，R并=Q2R串（Q較大時(shí)）

7、回路采用抽頭接入的目的是為了減少負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路的影響。8、濾波器主要有LC集中選擇性濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷波波器和聲表面波濾器。根據(jù)其各自特點(diǎn)應(yīng)用到不同場(chǎng)合。其中石英晶體濾波器的Q值最高，選擇性最好；聲表面波濾波器工作頻率高，抗輻射能力強(qiáng)，廣泛用于通信設(shè)備中。1、諧振頻率或確定參數(shù)：

2、帶寬3、空載品質(zhì)因數(shù)：應(yīng)用并聯(lián)等效電阻R0時(shí)：

4、并聯(lián)等效電阻：

例1

設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF,(1)試計(jì)算所需的線圈電感值。(2)若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q0=100,試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。(3)若放大器所需的帶寬BL=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?

解:(1)計(jì)算L值?？傻脤0以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,L以微亨（μH）為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:將f0=fs=10MHz代入,