Caratteristiche del filtro piezoelettrico

Visualizzazioni: 38 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2018-11-02 Origine: Sito

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Dopo che il segnale elettrico passa attraverso il filtro, non solo la sua ampiezza cambia con la frequenza, ma anche la sua fase cambia con la frequenza. Per comprendere l'effetto del filtro sullo stato operativo del circuito dopo che il circuito è stato coinvolto, è necessario studiare le tre caratteristiche del filtro, vale a dire la caratteristica di impedenza, la caratteristica di attenuazione e la caratteristica di fase.

Le caratteristiche di impedenza delle ceramiche piezoelettriche sono l'impedenza di ingresso e l'impedenza di uscita. Il filtro è un dispositivo collegato alla rete a quattro terminali e all'ingresso del filtro. Il segnale viene trasmesso al filtro ed è considerato la sorgente del segnale. La resistenza interna è Zi; il dispositivo collegato all'uscita del filtro, l'uscita del filtro ricevente. Il segnale, considerato come carico, ha impedenza ZL; sia Zi che ZL sono l'impedenza di terminazione del filtro.

Impedenza caratteristica

Quando le impedenze di terminazione Zi e ZL della ceramica piezoelettrica cambiano, cambiano anche le sue impedenze di ingresso e uscita Z e Z, il che influisce sullo stato di funzionamento del filtro. Un filtro può terminare con un'impedenza di terminazione unica a ciascuna estremità. Questa impedenza consente all'impedenza di ingresso alla fine dello studio di essere esattamente uguale all'impedenza di carico a quella fine. Questa impedenza caratteristica è l'impedenza caratteristica del filtro. L'impedenza caratteristica è legata alla struttura e ai parametri del filtro stesso, nonché alla frequenza del segnale di ingresso. Pertanto per un certo filtro non è un valore fisso, ma è indipendente dall'impedenza di terminazione. Se l'impedenza finale del filtro è uguale alla sua impedenza caratteristica, il filtro otterrà le migliori condizioni di lavoro. Questa connessione è chiamata connessione corrispondente del filtro. Poiché l'impedenza caratteristica dipende dalla frequenza, è impossibile ottenere un abbinamento perfetto. Quando l'impedenza di terminazione di La ceramica pizoelettrica del materiale P-41 è uguale alla sua impedenza caratteristica, l'impedenza di ingresso vista dall'altra estremità è uguale all'impedenza caratteristica di quell'estremità.

Caratteristica di attenuazione

Per quanto riguarda la caratteristica di attenuazione o la caratteristica di perdita, riflette l'attenuazione del segnale da parte del filtro per frequenze diverse o la capacità del filtro di selezionare segnali di frequenza diversi. La caratteristica del La produzione di ceramica piezoelettrica in funzione della frequenza è chiamata caratteristica di attenuazione del filtro. L'attenuazione del filtro può essere suddivisa in perdita di trasmissione, attenuazione delle interferenze (perdita di inserzione) e attenuazione del lavoro. Nell'uso e nella misurazione dei filtri, la più comune è l'attenuazione interventistica.

Caratteristiche di fase e caratteristiche di sfasamento

Il segnale elettrico attraversa il filtro non solo con la sua ampiezza ma anche con la sua fase. Il cambiamento di fase causato dal filtro non è legato solo alla frequenza, ma anche alla struttura e ai parametri del filtro. La caratteristica della fase causata dal filtro in funzione della frequenza è chiamata caratteristica di fase. La caratteristica secondo cui la differenza di fase varia con la frequenza è chiamata caratteristica di sfasamento. Ad una determinata caratteristica di attenuazione corrisponde una caratteristica di fase. Per l'attenuazione interventistica si interviene uno sfasamento, cioè la tensione (corrente) sul carico ha uno sfasamento prima e dopo l'interposizione del filtro. Per l'attenuazione della trasmissione si ha uno sfasamento della trasmissione, cioè il segnale di trasmissione del filtro ha uno sfasamento rispetto al segnale di ingresso. Poiché il segnale di uscita del filtro ha un ritardo rispetto all'ingresso, viene definito ritardo. Il ritardo è anche una funzione della frequenza.

Principio e caratteristiche elettriche dei filtri ceramici piezoelettrici

Il principio dell I dischi piezoelettrici in materiale PZT5 sono che il filtro ceramico piezoelettrico è progettato utilizzando le caratteristiche di risonanza del vibratore ceramico piezoelettrico. Quando un vibratore ceramico piezoelettrico è collegato in serie tra la sorgente del segnale e il carico ZL, presenta le caratteristiche di attenuazione mostrate nella figura seguente.

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Come si può vedere dalla figura, quando la frequenza del segnale è vicina alla frequenza di risonanza dell'oscillatore ceramico, la sua impedenza è minima, il segnale di uscita è massimo oppure il segnale ha la minima attenuazione. Quindi un vibratore ceramico monolitico ha la proprietà di filtraggio, che equivale a un filtro a 2 terminali. Sebbene i vibratori ceramici piezoelettrici monolitici abbiano proprietà di filtraggio, le caratteristiche di attenuazione sono scarse e spesso non riescono a soddisfare i requisiti per l'uso. Per ottenere un filtro con buone prestazioni è necessario abbinare in un certo modo i vibratori piezoelettrici.

Progettazione e calcolo del filtro ceramico piezoelettrico

Il calcolo del progetto del filtro piezo ceramico si basa sull'indice di prestazione di un dato filtro, come la frequenza centrale f0, la larghezza di banda Δf, il coefficiente rettangolare K, la perdita di inserzione Bon, il grado difensivo Bz, l'impedenza di adattamento Z e la selezione elettromeccanica del materiale piezo ceramico mediante calcolo teorico. Il coefficiente di accoppiamento, la modalità di vibrazione, la geometria del vibratore, il numero di nodi e la struttura del filtro creano un filtro che soddisfa i requisiti prestazionali. Il metodo di progettazione del filtro può essere generalmente suddiviso in due tipologie: metodo di analisi e metodo globale. Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi e devono essere applicati in situazioni specifiche. I metodi generalizzati vengono generalmente utilizzati per i filtri a banda stretta con larghezze di banda inferiori al 2%, mentre i filtri passa alto passa basso e larghezza di banda maggiore sono generalmente progettati utilizzando l'analisi. Prendendo il filtro T come esempio per illustrare le fasi di calcolo del progetto analitico. Le condizioni note per il calcolo del progetto sono generalmente la frequenza centrale f0, la larghezza di banda Δf, il coefficiente rettangolare K, la difesa della banda di arresto (o attenuazione della banda di arresto), l'impedenza di adattamento e la stabilità. Requisiti finali per la progettazione:

1) Proprietà del materiale: coefficiente di frequenza della temperatura, costante dielettrica relativa, coefficiente di accoppiamento elettromeccanico e coefficiente piezoelettrico della porcellana
2) Dimensioni del vibratore: modalità di vibrazione del vibratore, dimensione della struttura
3) Numero di sezioni del filtro e numero di vibratori