 |
 |
 |
 |
фектом. Прямой пьезаэффект состоит в том, что приложенное механическое напряжение (сжатие или растяжение) вызывает появление зарядов на гранях кристалла, причем заряд пропорционален механическому напряжению и меняет знак вместе с ним. Обратным пьезоэффектом называют появление механического напряжения в кристалле в результате приложения к нему электрического поля.
Пластина, вырезанная особым образам из кристалла кварца, имеет вполне определенную частоту механического резонанса, зависящую от коэффициента упругости, /jn затухания пьезоэлемента и его геометрических размеров.
При включении кварца в электрическую схему он ведет себя как некоторая цепь, содержащая индуктивность, емкость и активное сопротивление. Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис. 32, а.
Величины с индексом s характеризуют собственные параметры кварцевой пластины. Емкость Ср представляет собой емкость конденсатора, образованного электродами с пластиной кварца в качестве диэлектрика. Эквивалентная схема представляет собой сложный контур. При изменении частоты в цепи, в которую включен резонатор, последний будет оказывать различную реакцию на цепь. На рис. 32, б показана зависимость реактивного сопротивления кварцевого резонатора от частоты в случае, если 0. Практически кварц обладает весьма высокими значениями добротности (10*-;-10), и поэтому в первом приближении сопротивлением можно пренебречь.
Частота последовательного резонанса обусловлена резо-нансо.м контура С. Ее значение может быть определено выражением:
Рис. 32. Эквивалентная схема кварцевого резонатора (а); б-зависимость реактивных сопротивлений кварцевого резонатора от частоты
Сопротивление кварцевой цепи при частоте равно нулю. Частота параллельного резонанса зависит также и от емкости иварцедержателя и равна:
Cs+C, Z. 5 С Ср
Сопротивление кварца на этой частоте в случае -О равно бесконечности. Практически же оно достигает весьма больших значений и пропорционально добротности кварцевого резонатора.
Интервал fp-fs называют резонансным промежутком кварцевого резонатора. Резонансный промежуток равен:
где г = -
Эта величина имеет важное значение при расчетах и конструировании кварцевых фильтров, так как она в основном определяет полосу пропускания полосовых кварцевых фильтров, наиболее часто используемых в однополооной аппаратуре.
Значения и R зависят от типа кварцевой пластины
(ее среза), от вида колеба,шй пласшны и ее гео-етрических размеров. Размеры, определяющие частоту колебаний резонаторов, находятся по формуле:
где Л -размер в миллиметрах, определяющий частоту резонатора (длина, ширина или диаметр при колебаниях по длине; толщина - при поперечных колебаниях);
N - частотный коэффициент, зависящий от среза пластины (см. табл. 3);
/ - собственная частота резонатора, кгц.
Таблица 3
Срез | Форма пластин | Вид колебаний | Частотный коэффициент, кгц1мм |
Прямоугольная | Поперечный | 2870 | |
1662 | |||
2550 | |||
Круглая | Продольный | 2470 | |
Квадратная | 2073 | ||
Квадратная 450 | 2341 | ||
Круглая | 3766 | ||
Квадратная | 3087 | ||
Квадратная 45" | 3583 | ||
Прямоугольная | 3293 |
Значение резонансното промежутка зависит от типа ереза пластины и от конструкции нварцедержателя. У большинства резонаторов на частоту от 100 до 1000 кгц значение г= 1804-
350, что приблизительно соответствует резонансному промежутку 300-2500 гц. У более высокочастотных резонаторов частотный промежуток имеет и большие значения (до нескольких тысяч герц).
Работу кварцевого фильтра рассмотрим на примере наиболее часто встречающегося в любительской однополосной аппаратуре двухрезонаторного дифференциально-мостового фильтра (рис. 33, а).
В схеме используются два резонатора, одноименные резонансные частоты которых сдвинуты на величину резонансного промежутка fp-fs-
Рис. 33. Дифференциально-мостовой фильтр с двумя кварцевыми резонаторами: а-принципиальная схема фильтра; б-зависимость сопротивлений плеч фильтра от частоты и характеристика ослабления фильтра
На оба резонатора с катушки L2 подаются одинаковые по величине, но противоположные по фазе напряжения. На рис. 33, б показана зависимость сопротивления каждого плеча схемы от частоты.
Напряжение на выходе фильтра определяется суммарным значением затуханий обоих плеч. Поэтому для построения характеристики затухания фильтра необходимо учесть значение сопротивлений кварцевых резонаторов и их знаки.
Как видно из прафика, полоса пропускания фильтра приблизительно равна удвоенной величине резонансного промежутка.
Аналогичным образом может быть построена характеристика затухания однокварцевого фильтра, часто применяемого в любительской аппаратуре, где один из резонаторов заменен подстроечныМ конденсатором, сопротивление которого монотонно уменьшается с частотой.
Сопротивление нагрузки в двухкристальном фильтре оказывает большое влияние на форму плоской части резонансной кривой и почти не оказывает влияния на ширину полосы пропускания. Вместо активного сопротивления часто используют колебательный контур, настроенный на среднюю частоту
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103