[拼音]：jingti lüboqi

[外文]：crystal filter

用晶體諧振器組成的濾波器。晶體濾波器與LC諧振回路構(gòu)成的濾波器相比，在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過(guò)渡帶陡度和插入損耗等方面都優(yōu)越得多，已廣泛用于通信、導(dǎo)航、測(cè)量等電子設(shè)備。1921年W.G.凱地將晶體諧振器用于各種調(diào)諧電路，形成了晶體濾波器的雛形。1927年L.艾斯本希德把晶體諧振器用于真正的濾波電路。1931年W.P.梅森又把它用于格型濾波器。60年代中期，集成式晶體濾波器研制成功，從此，晶體濾波器在小型化方面有了很大發(fā)展。

石英晶體諧振器是最常用的晶體諧振器之一，它在濾波器中主要用作窄帶通濾波器。鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體諧振器的耦合系數(shù)和頻率常數(shù)較大，適于制做高頻寬帶通濾波器。其他壓電材料因溫度穩(wěn)定性較差，很少采用。（見(jiàn)壓電器件）。

當(dāng)作用于晶體諧振器的電信號(hào)頻率等于晶體的固有頻率時(shí)，電能通過(guò)晶體的逆壓電效應(yīng)在晶體中引起機(jī)械諧振產(chǎn)生機(jī)械能;在輸出端，正壓電效應(yīng)又將這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。晶體諧振器及其等效電路和阻抗特性如圖1。其中，L₁、C₁和R₁分別代表晶體諧振器的動(dòng)態(tài)電感、動(dòng)態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電阻；C₀為晶體支架和電極間的靜態(tài)電容。R₁通常很小，可忽略不計(jì)。這樣，圖1a的等效電路可視為純電抗二端網(wǎng)絡(luò)。諧振器的串聯(lián)、并聯(lián)諧振頻率f₁、f₂以及比值f₂/f₁分別為

比值 f₂/f₁隨比值C₁/C₀而異。這個(gè)特性可以用來(lái)調(diào)節(jié)晶體濾波器的通頻帶。例如，諧振器外接一個(gè)串聯(lián)電容器，等效于C₁減小、f₁升高；而外接一個(gè)并聯(lián)電容器，則等效于C₀增大、f₂降低。兩者均可縮小f₁與f₂之間的間隔，即縮窄通頻帶。如果串接或并接電感器，則將增大頻率間隔，展寬通頻帶。

因晶片不能做得很薄，石英晶體諧振器的基波頻率只能達(dá)到30～35兆赫。工作頻率較高的諧振器大多工作于泛音（高于基頻近奇次倍的振動(dòng)），但泛音次數(shù)越高，串、并聯(lián)諧振頻率的間隔越小。

70年代發(fā)展起來(lái)的離子刻蝕技術(shù)能使晶體諧振器的基波頻率接近 500兆赫。但由于外接元件，特別是線圈問(wèn)題，其泛音頻率也只能做到 600兆赫，相對(duì)帶寬約為0.01％～1％。

分立式晶體濾波器

由分立式晶體諧振器和分立式電子元件構(gòu)成的濾波器。圖2a的差接橋型晶體濾波器是其一種。在濾波性能上它和格型濾波器等效，但所用的晶體諧振器數(shù)目可減少一半。其阻抗特性及衰減特性如圖2b 和c。在f₁至f₃之間，z₁和z₂的符號(hào)相反，又由于變壓器次級(jí)兩端電壓的極性相反，兩臂中的電流同號(hào)相加，所以f₁至f₃間為濾波器的通頻帶。同理，當(dāng)f＜f₁和f＞f₃時(shí)，z₁和z₂同號(hào)，兩臂電流異號(hào)相減;所以f₁～f₃兩側(cè)以外的區(qū)域?yàn)樽鑾А?i>z₁＝z₂時(shí)，輸出為零，f、f為無(wú)窮大衰減頻率。分立式晶體濾波器可實(shí)現(xiàn)的中心頻率為10千赫到350兆赫，相對(duì)帶寬為0.01％～10％。

集成式晶體濾波器

采用集成電路工藝制作的晶體濾波器，有單片的、串聯(lián)單片的和多片的三種類型。

單片晶體濾波器

由鍍?cè)贏T切（見(jiàn)石英晶體）石英片上若干對(duì)電極形成的耦合諧振器組成。圖3為其中最簡(jiǎn)單的四電極單片晶體濾波器電路結(jié)構(gòu)及其等效電路。輸入諧振器隨所加信號(hào)電壓而產(chǎn)生厚度切變振動(dòng)，晶片因受電極質(zhì)量負(fù)荷的影響，電極區(qū)的諧振頻率比非電極區(qū)的低，使彈性波在兩區(qū)邊界發(fā)生反射，從而使絕大部分能量陷落在電極區(qū)內(nèi)，少量泄漏的能量則耦合到與之相鄰的諧振器。這樣依次相傳到輸出諧振器，再變?yōu)殡娦盘?hào)。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)電極尺寸、諧振器間距和頻率鍍回率，就可以控制彈性波在晶片中的傳播，從而實(shí)現(xiàn)濾波功能。

串聯(lián)單片晶體濾波器

由若干用電容耦合的單片晶體濾波器組成（圖4）。其優(yōu)點(diǎn)是利于調(diào)整工作頻率和抑制寄生頻率。

多片晶體濾波器

由串聯(lián)的耦合諧振器、并聯(lián)的單諧振器和電容器組成（圖5）。其特點(diǎn)是能在靠近通頻帶的頻率上形成若干衰減峰，有利于抑制干擾?a href=’http://www.baiven.com/baike/225/315630.html’ target=’_blank’ style=’color:#136ec2′>透納坡瞬ㄐ閱堋?/p>

集成式晶體濾波器體積小、可靠性高而且造價(jià)低。但其中心頻率只有4.5～350兆赫，相對(duì)帶寬為0.01％～0.3％，所以在要求中心頻率低、通頻帶寬的場(chǎng)合尚不能取代分立式晶體濾波器。

參考書(shū)目

1. W. P. Mason，Electromechanical Transducers and Wave　Filters， 2nd　ed.，　D. Van　 Nostrana　Co.， Princeton， NewJersey，1948.
2. D. S. Humpherya， The　 Analysis　 Design　and Synthesis　of　Electrical Filters， Prentice Hall Inc.， Englewood Cliffs，New Jersey， 1970.

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標(biāo)簽：jingti lüboqi、晶體濾波器

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文章名稱：《晶體濾波器》

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