陶瓷滤波器和谐振器:射频和中频带通滤波器

陶瓷滤波器使用压电陶瓷元件为LC或石英晶体射频滤波器提供低成本、紧凑的替代电子元件,用于许多射频或射频电路设计,特别是作为中频滤波器。


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陶瓷滤波器是一种电子元件,广泛用于中频和射频带通滤波器的应用,用于无线电接收机和发射机等射频电路的设计。它们也可用作各种电子电路设计中的谐振元件,通常用于调频解调器中。

这些射频中频陶瓷滤波器是低成本的电子元件,易于使用,并且在许多方面非常适合许多需要更昂贵的滤波器(如晶体滤波器)性能的应用。

除了它们的成本和性能外,它们的尺寸也很重要,因为它们通常非常小,这使得它们非常适合在许多紧凑的现代射频设计中使用。这些谐振器和滤波器既可用于传统通孔安装的含铅格式,也可用于大规模生产的表面安装技术格式。

陶瓷谐振器和滤波器- 2脚陶瓷谐振器,3脚陶瓷滤波器,4脚陶瓷滤波器

射频和中频陶瓷滤波器基础知识

顾名思义,RF & IF陶瓷带通滤波器是由陶瓷制造的,展示压电效应。一种最常用的陶瓷被称为PZT,钛酸铅锆。

这些射频滤波器最初用于较低的频率,中心频率通常在几千赫兹到10.7 MHz的范围内,这是许多调频广播接收器的标准中频。然而,在这些滤波器的开发上的重大投资使更高的频率和规格水平得以实现。频率可达超高频及以上。

这些陶瓷射频中频滤波器的Q值比石英低,带宽通常测量在0.05 - 20%的工作频率之间。随着技术的进步,Q值通常在500到10000之间,甚至可能更多。


不同类型的滤波器和谐振器可用于射频设计
过滤器类型 典型的频率范围 细节
陶瓷过滤器 100 khz - 100 mhz 利用压电陶瓷元件。这些电子元件的性能远远优于LC射频滤波器,但不如晶体滤波器。它们的小体积和低成本使它们可以用于各种无线电接收器,特别是作为中频滤波器。他们有一些虚假的反应。
LC滤波器 向上100千赫 LC射频滤波器通常是第一种可以考虑的滤波器。它们可以由基本的电感和电容制造,使它们适合于许多应用。它们在Q等方面的性能一般不如陶瓷滤波器和石英晶体滤波器。
晶体滤波器 10 khz - 200 mhz 非常高性能的射频滤波器,在通带和阻带之间有陡峭的边。非常好的稳定性和通常低损耗的性能。他们有一些虚假的反应。

陶瓷谐振器和过滤器的工作原理是因为所用陶瓷具有压电效应。陶瓷元件利用其非常高的Q机械共振来提供谐振特性。就像石英晶体一样,传入的电信号被转换成机械振动,而机械振动又受到机械共振的影响,然后产生的效果又被连接回电畴。

压电连杆的整体效果是,电信号受到陶瓷元件的机械共振的影响,就好像这些共振是在电域中一样。

压电陶瓷谐振器有几种不同的振动方式。通常情况下,陶瓷谐振器在不同的频率范围内使用不同的振动模式。


陶瓷谐振器典型振动模式与频率
振动模式 典型的频率范围 细节
弯曲模式 低于50 khz ~ 在陶瓷过滤器的弯曲模式下,振动可以在陶瓷晶体的长度上看到。两端可以上下,而中间可以上下。
长模式 ~ 50 khz - 1 mhz 当这种振动模式被用于陶瓷谐振器元件时,元件的长度会随着振动过程的延长和缩短而振动。
区域扩张模式 ~ 100 khz - 2 mhz 对于这种振动模式,陶瓷平板谐振板的面积随振动向各个方向扩展和收缩。随着面积的增加,厚度略有减少。
厚度剪切模式 ~ 1MHz - 25MHz 在这种模式下,振动发生在陶瓷谐振腔毛坯的厚度上。它表现为剪切作用,振动可以看到跨越谐振器的厚度。
厚度膨胀机模式 ~1MHz - 10mhz 这种陶瓷谐振器的振动模式可能显得不寻常。振动主要出现在坯料的中心部位,而坯料的厚度在坯料的中心部位逐渐变厚变薄,边缘处的振动波逐渐减弱。

了解陶瓷滤波器的基本操作是有帮助的,这样它们就可以在任何射频电路设计应用中最有效地使用。

陶瓷谐振器的格式

陶瓷滤波器和谐振器有两种基本形式:

  • 基本的陶瓷谐振器:基本的陶瓷谐振器有两个连接,它相当于一个石英晶体。它被用于需要单一低成本谐振器的各种应用。

    陶瓷谐振器显示两个连接引脚-这显示了一个引线设备,但它们也可在表面贴装技术格式。
    铅陶瓷谐振器显示两个连接引脚
  • 陶瓷过滤器:陶瓷谐振器技术也可用于电子电路设计中提供带通滤波器。这种滤波器有三个连接,而不是基本陶瓷谐振器的两个连接。

    陶瓷通带滤波器显示三个连接脚-输入,输出,普通-这些设备也可在表面贴装技术格式
    铅陶瓷通带滤波器显示三个连接脚-输入,输出,普通

这些电子元件有两种铅的格式,也有smd,表面贴装设备。

下面将详细介绍两种主要类型的陶瓷谐振器技术。

基本的陶瓷谐振器

陶瓷谐振器本身是一种基本的双端电子元件,虽然性能水平没有单晶高,但与单晶有许多相似之处。然而,陶瓷谐振器的优点是它是一个成本低得多的电子元件,因此更适用于大规模生产的射频电路设计应用。

在电路符号方面,与用于晶体的电路符号相同:-它描绘了一个陶瓷晶体被夹在两块板之间。

陶瓷谐振器电路符号
陶瓷谐振器电路符号

就其物理实现而言,这种元素陶瓷谐振器的电极被镀在陶瓷本身的两侧。就其性能而言,它的行为方式与单个石英晶体大致相同,尽管性能水平较低。此外,并联和串联谐振频率之间的分离更大。

陶瓷谐振腔的物理结构
陶瓷谐振器的物理结构示意图

陶瓷谐振器的电极被镀在元件的两侧,以使电信号能够被放置在压电元件的两侧。

用等效的电子元件来表示陶瓷谐振器通常是有用的。对于陶瓷谐振器,电路非常类似于石英晶体,虽然实际的等效值不同,代表不同的性能。

陶瓷谐振器等效电路
陶瓷谐振器等效电路

其基本等效电路与标准石英晶体的等效电路相同。这些不同的元素被称为:
C1=等效合规
l1=等效质量
R1=等效电阻
C0平行等效容量

当在电子电路中使用时,这些元件都被视为电学值。串联电阻表示电路中的损耗,值越低,损耗越小,Q值越高。

从等效电路中可以看出,陶瓷谐振腔与石英晶体具有相同的串联和并联谐振方式。主要的区别是,在陶瓷谐振器的情况下,这些谐振有更大的分离。

陶瓷谐振器阻抗响应曲线
陶瓷谐振器阻抗响应曲线

陶瓷谐振器的阻抗曲线在并联谐振点处出现峰值,在串联谐振点处出现最小值。

可以将串联和并联谐振频率与图中所示的电路值联系起来:

并联谐振频率

F p 1 2 π l 1 C 1

串联谐振或反谐振频率

F 年代 1 2 π l 1 C 1 C o C o C 1

陶瓷滤波器:陶瓷带通射频滤波器

陶瓷带通滤波器用于许多无线电接收机,它可以用一个电子元件取代所有的LC变压器。作为一个成本相对较低的电子元件本身,这有许多成本优势,同时也保持了性能水平。

3针陶瓷中频滤波器-这是一个引线装置,但他们也可在表面贴装技术格式
3针陶瓷中频滤波器

通常有三个连接,尽管有时使用更多。三个主要的连接是:输入,输出和公共,通常采取接地。当使用四个连接时,两个用于输入,两个用于输出-通常两个引脚被接到地面。然而,四引脚选项提供了输入和输出“接地”连接在不同电位的选项。

陶瓷滤波电路符号给出了陶瓷谐振器及其底部的公共电极以及在陶瓷谐振器元件本身的距离上分离的输入和输出电极的表示。

陶瓷带通滤波器电路符号
陶瓷带通滤波器电路符号

就像双连接陶瓷谐振器,三连接陶瓷滤波器,它有可能生成一个等效电路的基本电感,电容器和电阻,可能需要重建射频滤波器。

陶瓷通带滤波器等效电路
陶瓷通带滤波器等效电路

必须记住,与用于级间耦合和调谐的变压器式LC射频滤波器不同,陶瓷滤波器内部没有直流路径——它是一个绝缘体。因此,任何使用陶瓷滤波器的电路都必须考虑到这一点,从滤波器外部提供所有的偏置和源电流。虽然许多中频放大器或完整的射频ic都有专门用于使用陶瓷滤波器的端口,并将在陶瓷滤波器外包含正确的电流和偏置路径,但如果下面所示的格式可以工作,则晶体管电路也可以。

陶瓷带通滤波电路使用晶体管和显示直流排列
采用晶体管的陶瓷带通滤波电路
及展示直流电源的安排

另一点需要注意的是,如果要正确操作,陶瓷滤波器需要有正确的源阻抗和负载阻抗。通常不太容易安排来自驱动滤波器的电路的精确阻抗,因此包括电阻R3,以确保看到正确的源阻抗。对于输出来说,调整潜在分压器的值以提供所需的负载阻抗是相对容易的。如果这导致漏电流过高,那么可以在电容C2和接地滤波器之间放置一个电阻。

陶瓷中频滤波器规格

当使用陶瓷射频或中频滤波器进行任何射频电路设计时,了解其规格是必要的。不仅有诸如带宽、带内纹波、插入损耗、中心频率等与滤波特性相关的参数,而且像输入和输出阻抗以及群延迟等问题都很重要。

4针陶瓷中频滤波器-这是一个铅滤波器,但他们也可在表面贴装技术格式。
4针陶瓷中频滤波器

调节各种参数使电路和滤波器一起工作是任何电子电路设计的一个关键方面。从说明书和数据表等中选择合适的射频滤波器是最终产品电路设计的关键。

阅读更多关于. . . .陶瓷射频和中频滤波器规格。


陶瓷滤波器和谐振器被广泛用作廉价的射频和中频带通滤波器,用于各种射频电路设计和其他电子设计应用。这些射频滤波器可以直接从制造商那里获得,但通常是大量的,或通过电子元件分销商。

最初,陶瓷滤波器主要用于在低成本广播接收机中提供中频选择性。现在技术有了显著的改进,它们被广泛地用于更高的频率和满足更严格的要求。因此,它们被用于多种形式的射频设计,从通信目的的无线电系统、蜂窝或移动通信到无线应用,以及广播无线电、电视和其他更传统的射频设计应用。beplayer体育官网

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