Charakterystyka filtra piezoelektrycznego

Wyświetlenia: 38 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2018-11-02 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Po przejściu sygnału elektrycznego przez filtr nie tylko jego amplituda zmienia się wraz z częstotliwością, ale także jego faza zmienia się wraz z częstotliwością. Aby zrozumieć wpływ filtra na stan pracy obwodu po jego włączeniu, konieczne jest zbadanie trzech charakterystyk filtra, a mianowicie charakterystyki impedancji, charakterystyki tłumienia i charakterystyki fazowej.

Charakterystyka impedancji ceramiki piezoelektrycznej to impedancja wejściowa i impedancja wyjściowa. Filtr to urządzenie podłączone do sieci czterozaciskowej i wejścia filtra. Sygnał przesyłany jest do filtra i traktowany jest jako źródło sygnału. Opór wewnętrzny wynosi Zi; urządzenie podłączone do wyjścia filtra, wyjście filtra odbiorczego. Sygnał traktowany jako obciążenie ma impedancję ZL; zarówno Zi, jak i ZL są impedancją końcową filtra.

Impedancja charakterystyczna

Kiedy zmieniają się impedancje końcowe Zi i ZL ceramiki piezoelektrycznej, zmieniają się również jej impedancje wejściowe i wyjściowe Z i Z, co wpływa na stan pracy filtra. W przypadku filtra może on zakończyć unikalną impedancję końcową na każdym końcu. Dzięki tej impedancji impedancja wejściowa na końcu badania jest dokładnie równa impedancji obciążenia na tym końcu. Ta impedancja charakterystyczna jest impedancją charakterystyczną filtra. Impedancja charakterystyczna jest związana ze strukturą i parametrami samego filtra, a także z częstotliwością sygnału wejściowego. Dlatego dla pewnego filtra nie jest to wartość stała, ale niezależna od impedancji zakończenia. Jeśli ostateczna impedancja filtra jest równa jego impedancji charakterystycznej, filtr uzyska najlepsze warunki pracy. To połączenie nazywa się pasującym połączeniem filtra. Ponieważ impedancja charakterystyczna zależy od częstotliwości, niemożliwe jest idealne dopasowanie. Gdy impedancja zakończenia Ceramika pizoelektryczna z materiału P-41 jest równa jej impedancji charakterystycznej, impedancja wejściowa widziana z drugiego końca jest równa impedancji charakterystycznej tego końca.

Charakterystyka tłumienia

O charakterystyce tłumienia lub charakterystyce strat. Odzwierciedla ona tłumienie sygnału przez filtr dla różnych częstotliwości lub zdolność filtra do wybierania sygnałów o różnych częstotliwościach. Charakterystyka wytwarzanie ceramiki piezoelektrycznej w funkcji częstotliwości nazywa się charakterystyką tłumienia filtra. Tłumienie filtra można podzielić na tłumienie transmisji, tłumienie zakłóceń (strata wtrąceniowa) i tłumienie pracy. W zastosowaniu i pomiarze filtrów najczęściej spotykane jest tłumienie interwencyjne.

Charakterystyki fazowe i charakterystyki przesunięcia fazowego

Sygnał elektryczny przechodzi przez filtr nie tylko ze swoją amplitudą, ale także fazą. Zmiana fazy wywołana przez filtr jest związana nie tylko z częstotliwością, ale także z konstrukcją i parametrami filtra. Charakterystyka fazy wywołana przez filtr w funkcji częstotliwości nazywana jest charakterystyką fazową. Cecha polegająca na tym, że różnica faz zmienia się wraz z częstotliwością, nazywana jest charakterystyką przesunięcia fazowego. Dla pewnej charakterystyki tłumienia odpowiada jej charakterystyka fazowa. W przypadku tłumienia interwencyjnego występuje pośrednie przesunięcie fazowe, to znaczy napięcie (prąd) na obciążeniu ulega zmianie fazy przed i po zamontowaniu filtra. W przypadku tłumienia transmisji występuje przesunięcie fazowe transmisji, tj. sygnał transmisyjny filtra ma przesunięcie fazowe w stosunku do sygnału wejściowego. Ponieważ sygnał wyjściowy filtra ma opóźnienie czasowe w stosunku do sygnału wejściowego, nazywa się to opóźnieniem. Opóźnienie jest także funkcją częstotliwości.

Zasada działania i właściwości elektryczne piezoelektrycznych filtrów ceramicznych

Zasada Dyski piezoelektryczne z materiału PZT5 polegają na tym, że piezoelektryczny filtr ceramiczny został zaprojektowany z wykorzystaniem charakterystyki rezonansowej piezoelektrycznego wibratora ceramicznego. Kiedy piezoelektryczny wibrator ceramiczny jest podłączony szeregowo pomiędzy źródłem sygnału a obciążeniem ZL, ma on charakterystykę tłumienia pokazaną na poniższym rysunku.

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

Jak widać z rysunku, gdy częstotliwość sygnału jest bliska częstotliwości rezonansowej oscylatora ceramicznego, jego impedancja jest najmniejsza, sygnał wyjściowy jest największy lub sygnał ma najmniejsze tłumienie. Zatem monolityczny wibrator ceramiczny ma właściwość filtrowania, co jest odpowiednikiem filtra 2-zaciskowego. Chociaż monolityczne piezoelektryczne wibratory ceramiczne mają właściwości filtrujące, właściwości tłumiące są słabe i często nie spełniają wymagań użytkowych. Aby otrzymać filtr o dobrej wydajności należy w odpowiedni sposób zestawić wibratory piezoelektryczne.

Projektowanie i obliczanie piezoelektrycznego filtra ceramicznego

Obliczenia projektowe filtra piezoceramicznego opierają się na wskaźniku wydajności danego filtra, takim jak częstotliwość środkowa f0, szerokość pasma Δf, współczynnik prostokątny K, tłumienność wtrąceniowa Bon, stopień obronny Bz, impedancja dopasowania Z oraz elektromechaniczny dobór materiału piezoceramicznego na podstawie obliczeń teoretycznych. Współczynnik sprzężenia, tryb drgań, geometria wibratora oraz liczba węzłów i konstrukcja filtra tworzą filtr spełniający wymagania wydajnościowe. Metodę projektowania filtra można ogólnie podzielić na dwa typy: metodę analizy i metodę kompleksową. Obie metody mają swoje zalety i muszą być stosowane w określonych sytuacjach. Metody uogólnione są zwykle stosowane w przypadku filtrów wąskopasmowych o szerokości pasma mniejszej niż 2%, podczas gdy filtry górnoprzepustowe, dolnoprzepustowe i filtry o większej szerokości pasma są zwykle projektowane przy użyciu analiz. Biorąc filtr T jako przykład w celu zilustrowania etapów obliczeń projektu analitycznego. Znane warunki obliczeń projektowych to ogólnie częstotliwość środkowa f0, szerokość pasma Δf, współczynnik prostokątny K, pasmo obronne pasma zaporowego (lub tłumienie pasma zaporowego), impedancja dopasowania i stabilność. Ostateczne wymagania dotyczące projektu:

1) Właściwości materiału: współczynnik częstotliwości temperatury, względna stała dielektryczna, współczynnik sprzężenia elektromechanicznego i współczynnik piezoelektryczny porcelany
2) Rozmiar wibratora: tryb wibracji wibratora, wielkość konstrukcji
3) Liczba sekcji filtra i liczba wibratorów