Pietsosähköisen suodattimen ominaisuudet

Katselukerrat: 38 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2018-11-02 Alkuperä: Sivusto

Tiedustella

Kun sähköinen signaali kulkee suodattimen läpi, sen amplitudi ei muutu taajuuden mukaan, vaan myös sen vaihe muuttuu taajuuden mukaan. Jotta voitaisiin ymmärtää suodattimen vaikutus piirin toimintatilaan sen jälkeen, kun piiri on mukana, on tarpeen tutkia suodattimen kolmea ominaisuutta, nimittäin impedanssi-, vaimennus- ja vaihekäyrä.

Pietsosähköisen keramiikan impedanssiominaisuudet ovat tuloimpedanssi ja lähtöimpedanssi. Suodatin on laite, joka on kytketty neljän päätteen verkkoon ja suodattimen tuloon. Signaali välitetään suodattimelle ja sitä pidetään signaalin lähteenä. Sisäinen vastus on Zi; suodattimen lähtöön kytketty laite, vastaanottavan suodattimen lähtö. Signaalin, jota pidetään kuormana, impedanssi on ZL; sekä Zi että ZL ovat suodattimen pääteimpedanssi.

Ominainen impedanssi

Kun pietsosähköisen keraamiikan pääteimpedanssit Zi ja ZL muuttuvat, muuttuvat myös sen tulo- ja lähtöimpedanssit Z ja Z, mikä vaikuttaa suodattimen toimintatilaan. Suodattimelle se voi päättää ainutlaatuisen pääteimpedanssin kummassakin päässä. Tämä impedanssi mahdollistaa sen, että tuloimpedanssi tutkimuksen lopussa on täsmälleen sama kuin kuormitusimpedanssi siinä päässä. Tämä ominaisimpedanssi on suodattimen ominaisimpedanssi. Ominainen impedanssi liittyy itse suodattimen rakenteeseen ja parametreihin sekä tulosignaalin taajuuteen. Siksi tietylle suodattimelle se ei ole kiinteä arvo, vaan se on riippumaton pääteimpedanssista. Jos suodattimen lopullinen impedanssi on yhtä suuri kuin sen ominaisimpedanssi, suodatin saa parhaan toimintakunnon. Tätä yhteyttä kutsutaan suodattimen sovitusyhteydeksi. Koska ominaisimpedanssi on taajuudesta riippuvainen, on mahdotonta tehdä täydellistä yhteensopivuutta. Kun irtisanomisen impedanssi P-41 materiaalin pitsosähköinen keramiikka on yhtä suuri kuin sen ominaisimpedanssi, tuloimpedanssi toisesta päästä katsottuna on sama kuin sen pään ominaisimpedanssi.

Vaimennusominaisuus

Tietoja vaimennusominaisuudesta tai häviöominaispiirteestä: Se heijastaa suodattimen signaalin vaimennusta eri taajuuksilla tai suodattimen kykyä valita eri taajuuksia. Ominaisuus Pietsosähköisen keramiikan valmistusta taajuuden funktiona kutsutaan suodattimen vaimennusominaisuudeksi. Suodattimen vaimennus voidaan jakaa lähetyshäviöön, häiriövaimennus (insertion loss) ja työvaimennus. Suodattimien käytössä ja mittaamisessa yleisin on interventiovaimennus.

Vaiheominaisuudet ja vaihesiirtoominaisuudet

Sähköinen signaali kulkee suodattimen läpi amplitudinsa lisäksi myös vaiheineen. Suodattimen aiheuttama vaihemuutos ei liity pelkästään taajuuteen, vaan myös suodattimen rakenteeseen ja parametreihin. Suodattimen aiheuttamaa vaiheen ominaisuutta taajuuden funktiona kutsutaan vaihekäyräksi. Ominaisuutta, jonka mukaan vaihe-ero vaihtelee taajuuden mukaan, kutsutaan vaihesiirtoominaisuudeksi. Tiettyä vaimennusominaisuutta varten on olemassa sitä vastaava vaiheominaisuus. Interventiovaimennusta varten on välissä oleva vaihesiirto, eli kuorman jännitteellä (virralla) on vaihemuutos ennen suodattimen asettamista ja sen jälkeen. Lähetyksen vaimennusta varten on lähetyksen vaihesiirto, eli suodattimen lähetyssignaalilla on vaihesiirtymä suhteessa tulosignaaliin. Koska suodattimen lähtösignaalilla on aikaviive tuloon nähden, sitä kutsutaan viiveeksi. Viive on myös taajuuden funktio.

Pietsosähköisten keraamisten suodattimien periaate ja sähköiset ominaisuudet

Periaate PZT5-materiaalista pietsokivet on, että pietsosähköinen keraaminen suodatin on suunniteltu hyödyntämällä pietsosähköisen keraamisen vibraattorin resonanssiominaisuuksia. Kun pietsosähköinen keraaminen vibraattori on kytketty sarjaan signaalilähteen ja kuorman ZL väliin, sillä on seuraavassa kuvassa esitetyt vaimennusominaisuudet.

$AS5JI%BU3[_[FI{3U}{GX5L$

Kuten kuvasta voidaan nähdä, kun signaalin taajuus on lähellä keraamisen oskillaattorin resonanssitaajuutta, sen impedanssi on pienin, lähtösignaali on suurin tai signaalilla on vähiten vaimennus. Joten monoliittisella keraamisella täryttimellä on suodatusominaisuus, joka vastaa 2-napaista suodatinta. Vaikka monoliittisilla pietsosähköisillä keraamisilla vibraattoreilla on suodatusominaisuudet, vaimennusominaisuudet ovat huonot eivätkä usein täytä käyttövaatimuksia. Hyvän suorituskyvyn omaavan suodattimen saamiseksi on tarpeen yhdistää pietsosähköiset täryttimet tietyllä tavalla.

Pietsosähköisen keraamisen suodattimen suunnittelu ja laskenta

Pietsokeraamisen suodattimen suunnittelulaskenta perustuu tietyn suodattimen suorituskykyindeksiin, kuten keskitaajuuteen f0, kaistanleveyteen Δf, suorakulmakerroin K, lisäyshäviöön Bon, suojausasteeseen Bz, sovitusimpedanssiin Z ja pietsokeraamisen materiaalin sähkömekaaniseen valintaan teoreettisella laskennalla. Kytkentäkerroin, värähtelytila, täryttimen geometria sekä solmujen lukumäärä ja suodattimen rakenne luovat suorituskykyvaatimukset täyttävän suodattimen. Suodattimen suunnittelumenetelmä voidaan yleisesti jakaa kahteen tyyppiin: analyysimenetelmä ja kattava menetelmä. Molemmilla menetelmillä on omat etunsa ja niitä tulee soveltaa erityistilanteissa. Yleisiä menetelmiä käytetään yleensä kapeakaistaisille suodattimille, joiden kaistanleveys on alle 2 %, kun taas ylipäästöjen alipäästö- ja suuremman kaistanleveyden suodattimet suunnitellaan tyypillisesti analytiikan avulla. T-suodatin esimerkkinä havainnollistaa analyyttisen suunnittelun laskentavaiheita. Suunnittelulaskennan tunnetut ehdot ovat yleensä keskitaajuus f0, kaistanleveys Δf, defensiivinen tai pysäytyskaista. vaimennus), vastaava impedanssi ja vakaus. Suunnittelun lopulliset vaatimukset:

1) Materiaalin ominaisuudet: lämpötilan taajuuskerroin, suhteellinen dielektrisyysvakio, sähkömekaaninen kytkentäkerroin ja posliinin pietsosähköinen kerroin
2) Täryttimen koko: värähtelytila, rakenteen koko
3) Suodatinosien lukumäärä ja tärytinten lukumäärä