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晶体滤波器分析与设计 更新于2012-04-12 04:24:46 文章出处:互联网
晶体滤波器 频率 温度 特性曲线

其电抗频率特性曲线示于图5.1-11。

图5.1-11  石英谐振器电抗频率特性
由图5.1-11可见当W大于WPW、W小于WS时电抗JX为容性；当W在WS、WP之间时，电抗JX为感性。
石英晶体滤波器工作时，石英晶体两个谐振频率之间的宽度，通常决定滤波器的通带宽度。为要加宽滤波器的通带宽度，则必须加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度，这通常可用外加电感与石英晶体串联或并联的方法来实现。
表5.1-8示出部分石英晶体的主要性能。

差接桥型带通晶体滤波器设计晶体滤波器也有两种方法：一是影象参数法；另一是有效参数法（即综合法）。综合法是目前广泛采用的有效方法。在许多现代电子设备中应用最多的是带通晶体滤波器，按其频带分类有察窄带、中等带宽、宽带三类，其相对带宽分别为小于0.1%以下、0.1%~1%和大于1%。
带通晶体滤波器中，以差接桥型或称之格型应用最为普遍，差接桥型电路实际上是惠斯登电桥电路。其典型形式有以下两种：
1、窄带差接桥型带通晶体滤波器此种滤波器的零件参数是由网络综合法设计计算得出的。先将全极点归一化低通LC梯型电路转换成带通梯型电路，然后再由巴尔特勒特中剖定理，将梯型电路变换差接型电路或桥型电路或桥型电路，并用晶体谐振器等效来实现。窄带差接桥型带通晶体滤波器电路的设计请参阅文献（7）。
2、宽带差接桥型带通晶体滤波器的设计  表5.1-9列出了个设计公式和例子。



晶体滤波器定型产品的选用目前，国内外都已经生产出具有一定技术指标的晶体滤波器系列产品。现只介绍我国某著名厂家的两大类型产品如下。
1、通用型晶体滤波器 表5.1-11示出通用型晶体滤波器主要性能参数。


2、单片晶体滤波器在单片晶体滤波器中又以集成式单片晶体滤波器性能为佳，它和普通分立式晶体滤波器相比，有更多优点：体积小，温度稳定性和机械稳定性都好，生产周期短，成本低，适合大批量生产。自60年代集成晶体滤波器问世以来，世界各国竟先研制，取得很大发展。直到目前，频率范围从3MHZ到180MHZ，相对带宽在0.002%~0.35%之间单片晶体滤波器已得到了广泛应用，低于5MHZ和高达35.0MHZ的集成式单片晶体滤波器早已研制成功。
集成式单片晶体滤波器主要用于通信系统之外，一般的测量和综合也广泛应用，用来提纯频谱、消除寄生信号和混杂的谐波成分等。
由图可知AT切型在-55~+85度之间频率变化都很小，特别是在-20~+40度范围内，频率基本上与温度无关。
2、石英谐振器等交电路及电抗频率特性（1）石英谐振器等效电路模拟晶体谐振点附近情况，它相当于一个串联谐振电路，因此可用集中参数LS、CS、RS来等效，LS称之动态电感，CS称之动态电容，RS称之动态电阻，其基频等效电路见图5.1-10

图5.1-10  石英谐振器基频等效电路

图中右边支路的电容C0称为石英谐振器的静电容。它是以石英为介质在两极板间形成的电容，其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积，可用下式表示；

式中E为石英的介电常数；S为极板面积；D为石英片厚度。
C0一般在几皮法到几十皮法之间。
石英晶体的Q值非常高，是一般LC振荡回路远所不及，Q值与动态参数关系为

目前广泛使用的AT切型密封谐振器Q值，一般为（50~300）*10的3次方，而精密型的Q值可达（1~5）*10的8次方。
（2）石英谐振器等效电路电抗频率特性 由等效电路可知，有两个谐振角频率，一为左支路的串联谐振角频率WS，即石英片本身自然角频率

另一石英谐振器的并联谐振角频率
当忽略动态电阻RS的影响时，由石英晶体和等效电路可求其效电抗X。

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