晶體濾波器分析與設(shè)計

圖5.1-9 幾種切型的頻率溫度特性曲線

由圖可知AT切型在-55~+85度之間頻率變化都很小，特別是在-20~+40度范圍內(nèi)，頻率基本上與溫度無關(guān)。

2、石英諧振器等交電路及電抗頻率特性

（1）石英諧振器等效電路 模擬晶體諧振點附近情況，它相當(dāng)于一個串聯(lián)諧振電路，因此可用集中參數(shù)LS、CS、RS來等效，LS稱之動態(tài)電感，CS稱之動態(tài)電容，RS稱之動態(tài)電阻，其基頻等效電路見圖5.1-10

圖5.1-10  石英諧振器基頻等效電路

圖中右邊支路的電容C0稱為石英諧振器的靜電容。它是以石英為介質(zhì)在兩極板間形成的電容，其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積，可用下式表示；

式中E為石英的介電常數(shù)；S為極板面積；D為石英片厚度。

C0一般在幾皮法到幾十皮法之間。

石英晶體的Q值非常高，是一般LC振蕩回路遠(yuǎn)所不及，Q值與動態(tài)參數(shù)關(guān)系為

目前廣泛使用的AT切型密封諧振器Q值，一般為（50~300）*10的3次方，而精密型的Q值可達(dá)（1~5）*10的8次方。

（2）石英諧振器等效電路電抗頻率特性 由等效電路可知，有兩個諧振角頻率，一為左支路的串聯(lián)諧振角頻率WS，即石英片本身自然角頻率

另一石英諧振器的并聯(lián)諧振角頻率

當(dāng)忽略動態(tài)電阻RS的影響時，由石英晶體和等效電路可求其效電抗X。

其電抗頻率特性曲線示于圖5.1-11。

圖5.1-11  石英諧振器電抗頻率特性

由圖5.1-11可見當(dāng)W大于WPW、W小于WS時電抗JX為容性；當(dāng)W在WS、WP之間時，電抗JX為感性。

石英晶體濾波器工作時，石英晶體兩個諧振頻率之間的寬度，通常決定濾波器的通帶寬度。為要加寬濾波器的通帶寬度，則必須加寬石英晶體兩諧振頻率之間的寬度，這通常可用外加電感與石英晶體串聯(lián)或并聯(lián)的方法來實現(xiàn)。

表5.1-8示出部分石英晶體的主要性能。

差接橋型帶通晶體濾波器

設(shè)計晶體濾波器也有兩種方法：一是影象參數(shù)法；另一是有效參數(shù)法（即綜合法）。綜合法是目前廣泛采用的有效方法。在許多現(xiàn)代電子設(shè)備中應(yīng)用最多的是帶通晶體濾波器，按其頻帶分類有察窄帶、中等帶寬、寬帶三類，其相對帶寬分別為小于0.1%以下、0.1%~1%和大于1%。

帶通晶體濾波器中，以差接橋型或稱之格型應(yīng)用最為普遍，差接橋型電路實際上是惠斯登電橋電路。其典型形式有以下兩種：

1、窄帶差接橋型帶通晶體濾波器 此種濾波器的零件參數(shù)是由網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計計算得出的。先將全極點歸一化低通LC梯型電路轉(zhuǎn)換成帶通梯型電路，然后再由巴爾特勒特中剖定理，將梯型電路變換差接型電路或橋型電路或橋型電路，并用晶體諧振器等效來實現(xiàn)。窄帶差接橋型帶通晶體濾波器電路的設(shè)計請參閱文獻(xiàn)（7）。

2、寬帶差接橋型帶通晶體濾波器的設(shè)計  表5.1-9列出了個設(shè)計公式和例子。

晶體濾波器定型產(chǎn)品的選用

目前，國內(nèi)外都已經(jīng)生產(chǎn)出具有一定技術(shù)指標(biāo)的晶體濾波器系列產(chǎn)品。現(xiàn)只介紹我國某著名廠家的兩大類型產(chǎn)品如下。

1、通用型晶體濾波器 

表5.1-11示出通用型晶體濾波器主要性能參數(shù)。

2、單片晶體濾波器

在單片晶體濾波器中又以集成式單片晶體濾波器性能為佳，它和普通分立式晶體濾波器相比，有更多優(yōu)點：體積小，溫度穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性都好，生產(chǎn)周期短，成本低，適合大批量生產(chǎn)。自60年代集成晶體濾波器問世以來，世界各國竟先研制，取得很大發(fā)展。直到目前，頻率范圍從3MHZ到180MHZ，相對帶寬在0.002%~0.35%之間單片晶體濾波器已得到了廣泛應(yīng)用，低于5MHZ和高達(dá)35.0MHZ的集成式單片晶體濾波器早已研制成功。

集成式單片晶體濾波器主要用于通信系統(tǒng)之外，一般的測量和綜合也廣泛應(yīng)用，用來提純頻譜、消除寄生信號和混雜的諧波成分等。

55.1-12列出部分單片晶體濾波器主要性能參數(shù)。