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压电陶瓷滤波器原理及其设计

发布时间:2020-07-21 17:56:18 阅读: 来源:煤气发生炉厂家

随着电子技术的发展,电子设备更趋于小型化,在许多方面,LC滤波器由于受到电感元件限制而不能满足现代技术发展的要求。而具有机械谐振特性和能量转换能力的压电陶瓷,和压电晶体一样,在滤波器技术中得到广泛应用。

本文引用地址:、压电陶瓷振子目前,陶瓷滤波器使用的压电陶瓷振子,其相对带宽为0.5%~20%,品质因数QM在600~3000范围内,大量生产的陶瓷振子频率温度范围为1KHZ~几十兆赫,具体又可分为音频(3KHZ以下)、甚低叔(3~30KHZ)、低频(30~300KHZ)、中频(300~3000KHZ)、高频(3~30MHZ)及甚高频(30MHZ以下),音频的下限达到500HZ,而甚高频上限能达到90MHZ左右。使用钛酸铝酸陶瓷材料可抽成200MHZ振子和滤波器。

陶瓷滤波器的中心频率和带宽直接取决于振子的谱频率真和相对带宽,而振子这些特性又决定于振子的尺寸,振动模式及材料的机电耦合系数,见参考文献(7)

(1)压电陶瓷振子的等效电路 长条形压电振子,在谐振频率附近,当考滤到介质损耗和机械损耗时的等效电路图5.1-12。其中LCR串联支路反映了压电陶瓷振子的机械振动性质,R反映振子的机械损耗;C0和RO并联支路反映压电材料的介电生质,RO是介质损耗电阻,C0是振子两电极面之间的静电容。

图5.1-12 陶瓷振子等效电路

图5.1-12 陶瓷振子等效电路

其他形状和振动模式的压电振子,在谐振频率附近具有与长条形振子相同形式的等效电路,如果不存在其他振动模式,则振子的等效参量与频率无关,在小信号运用下,等效参量为常数,振子可看成为线性器件。一般情况下,介质损耗电阻R0很大,可以看考虑,如果再忽略机械损耗,即认为,R=0,则压电振子等效电路可等效为纯电抗元件L、C、C0的组合。

(2)压电陶瓷振子的谐振特性 压电陶瓷振子即是机械谐振体,又是电的谐振体,其等效阻抗Z随频率F变化的规律如图5.1-13所示。

频率由低至高变化时,第一次出现的谐振称为基波,之后出现的谐振为泛音。在讨论电陶瓷振子谐振特性时,经常遇到以下有意义的频率:谐振频率FR、反谐振频率FA、最小阻抗频率FM、最大阻抗频率FN、串联谐振频率FS和并联谐振频率FP。

FS为等效电路中R=0时LC串联谐振频率FP为LC串联和C0并联电路的并联谐振频率。

实际情况中,机械损耗不能忽略时,取一级近似,它们之间的关系表达式为

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