Характеристики п'єзофільтра

Перегляди: 38 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2018-11-02 Походження: Сайт

Запитуйте

Після того, як електричний сигнал проходить через фільтр, не тільки його амплітуда змінюється з частотою, але і його фаза змінюється з частотою. Щоб зрозуміти вплив фільтра на робочий стан схеми після залучення схеми, необхідно вивчити три характеристики фільтра, а саме характеристику імпедансу, характеристику затухання та фазову характеристику.

Імпедансними характеристиками п'єзоелектричної кераміки є вхідний і вихідний опір. Фільтр являє собою пристрій, що підключається до чотириполюсної мережі і входу фільтра. Сигнал передається на фільтр і розглядається як джерело сигналу. Внутрішній опір Zi; пристрій, підключений до виходу фільтра, вихід приймального фільтра. Сигнал, який розглядається як навантаження, має імпеданс ZL; як Zi, так і ZL є кінцевим опором фільтра.

Характеристичний опір

Коли повний опір Zi і ZL п'єзоелектричної кераміки змінюється, його вхідний і вихідний імпеданс Z і Z також змінюються, що впливає на робочий стан фільтра. Для фільтра він може мати унікальний термінальний опір на кожному кінці. Цей імпеданс дозволяє вхідному імпедансу наприкінці дослідження точно дорівнювати опору навантаження на цьому кінці. Цей характеристичний опір є характеристичним опором фільтра. Характеристичний опір пов'язаний зі структурою і параметрами самого фільтра, а також з частотою вхідного сигналу. Тому для певного фільтра це не фіксоване значення, але воно не залежить від кінцевого опору. Якщо кінцевий імпеданс фільтра дорівнює його характеристичному опору, фільтр матиме найкращий робочий стан. Це з'єднання називається узгоджувальним з'єднанням фільтра. Оскільки характеристичний імпеданс залежить від частоти, неможливо зробити ідеальний збіг. При кінцевому опорі Пізоелектрична кераміка з матеріалу P-41 дорівнює його характеристичному опору, а вхідний опір, якщо дивитися з іншого кінця, дорівнює характеристичному опору цього кінця.

Характеристика затухання

Щодо характеристики ослаблення або характеристики втрат, вона відображає ослаблення сигналу фільтром для різних частот або здатність фільтра вибирати різні частотні сигнали. Характеристика в п'єзоелектрична кераміка виготовлення як функція частоти називається характеристикою затухання фільтра. Ослаблення фільтра можна розділити на втрати при передачі, ослаблення перешкод (внесені втрати) і робоче загасання. У використанні та вимірюванні фільтрів найбільш поширеним є інтервенційне загасання.

Фазові характеристики та характеристики фазового зсуву

Електричний сигнал проходить через фільтр не тільки своєю амплітудою, але і фазою. Зміна фази, спричинена фільтром, пов’язана не лише з частотою, але й зі структурою та параметрами фільтра. Характеристика фази, викликана фільтром, як функція частоти називається фазовою характеристикою. Характеристика, що різниця фаз змінюється з частотою, називається характеристикою зсуву фази. Для певної характеристики затухання існує відповідна їй фазова характеристика. Для інтервенційного ослаблення існує проміжний зсув фази, тобто напруга (струм) на навантаженні має зміну фази до та після встановлення фільтра. Для ослаблення передачі існує зсув фази передачі, тобто сигнал передачі фільтра має зсув фази відносно вхідного сигналу. Оскільки вихідний сигнал фільтра має часову затримку відносно вхідного, його називають затримкою. Затримка також є функцією частоти.

Принцип дії та електричні характеристики п’єзоелектричних керамічних фільтрів

Принцип дії П'єзодиски з матеріалу PZT5 полягає в тому, що п'єзоелектричний керамічний фільтр розроблений з використанням резонансних характеристик п'єзоелектричного керамічного вібратора. Коли п’єзоелектричний керамічний вібратор підключений послідовно між джерелом сигналу та навантаженням ZL, він має характеристики загасання, показані на наступному малюнку.

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

Як видно з малюнка, коли частота сигналу близька до резонансної частоти керамічного генератора, його імпеданс найменший, вихідний сигнал найбільший або сигнал має найменше затухання. Так монолітний керамічний вібратор має властивість фільтрації, що еквівалентно 2-термінальному фільтру. Незважаючи на те, що монолітні п’єзоелектричні керамічні вібратори мають фільтруючі властивості, характеристики загасання є поганими і часто не відповідають вимогам до використання. Щоб отримати фільтр з хорошою продуктивністю, необхідно певним чином комбінувати п'єзоелектричні вібратори.

Проектування та розрахунок п'єзоелектричного керамічного фільтра

Розрахунок конструкції п’єзокерамічного фільтра базується на індексі ефективності даного фільтра, наприклад, центральній частоті f0, ширині смуги Δf, прямокутному коефіцієнті K, внесених втратах Bon, захисному ступені Bz, узгоджувальному імпедансі Z та електромеханічному виборі п’єзокерамічного матеріалу за допомогою теоретичного розрахунку. Коефіцієнт зв'язку, режим вібрації, геометрія вібратора, а також кількість вузлів і структура фільтра створюють фільтр, який відповідає вимогам продуктивності. Метод проектування фільтра можна загалом розділити на два типи: метод аналізу та комплексний метод. Обидва методи мають свої переваги і повинні застосовуватися в конкретних ситуаціях. Узагальнені методи зазвичай використовуються для вузькосмугових фільтрів із смугою пропускання менше 2%, тоді як фільтри низьких частот і більшої смуги пропускання зазвичай розробляються з використанням аналітики. Розглянемо T-фільтр як приклад, щоб проілюструвати етапи розрахунку аналітичного дизайну. Відомими умовами для розрахунку конструкції є, як правило, центральна частота f0, смуга пропускання Δf, прямокутний коефіцієнт K, захисна смуга зупинки (або затухання в смузі зупинки), відповідний імпеданс і стабільність. Остаточні вимоги до дизайну:

1) Властивості матеріалу: частотний коефіцієнт температури, відносна діелектрична проникність, коефіцієнт електромеханічного зв’язку та п’єзоелектричний коефіцієнт порцеляни
2) Розмір вібратора: режим вібрації вібратора, розмір конструкції
3) Кількість секцій фільтра та кількість вібраторів