Параметры и особенности эксплуатации
Фильтр имеет следующие электрические параметры:
Рабочая частота f=500 кГц.
Частота среза на уровне -6 дБ низкочастотного ската fн-5ОО.З + 0,15 кГц.
Полоса пропускания на уровне 6 дБ 2df0,5=3,1 + 0,15 кГц.
Полоса пропускания на уровне 60 дБ 2df0,001 < 5 кГц.
Коэффициент прямоугольности* Кп = (2df0,001/2df0,5)
по уровням -60 и -6 дБ Кп < 1,6
Затухание в полосе пропускания b < 15 дБ
Неравномерность затухания в полосе пропускания db < 6 дБ
Входное и выходное сопротивления Z=20 + 5 кОм
Практически затухание в полосе не превышает 7 - 10 дБ, неравномерность частотной характеристики - 3 дБ и Кп = 1,52 - 1,57
|
Рис. 5. Частотная характеристика резонансного дискового фильтра |
Частотная характеристика фильтра показана на рис. 5. Здесь затухание b отложено по вертикальной шкале в логарифмическом масштабе. Следует иметь в виду, что верхний скат частотной характеристики (fbf'b) несколько круче, чем нижний (fнf'н), то есть фильтр не симметричен. Поэтому когда в передатчике используется один фильтр для работы как на верхней, так и на нижней боковой полосе частот, для большего подавления несущей выгоднее формировать нижнюю боковую полосу и затем ее переворачивать в одном из промежуточных смесительных каскадов передатчика.
|
Рис. 6. Включение ЭМФ в каскадах на электронных лампах. |
Остановимся на некоторых особенностях эксплуатации электромеханических фильтров. В ламповых каскадах, когда анодный ток лампы превышает 1-2 мА, следует применять схему параллельного питания (рис. 6). Это вызвано тем, что для нормальной работы электромеханических преобразователей требуется определенное магнитное смещение, которое образуется с помощью небольших постоянных магнитов (3 на рис. 2). В схеме последовательного питания через катушку преобразователя протекает постоянная составляющая анодного тока лампы, что создает дополнительное магнитное поле, которое складывается с полем магнитов 3, отчего результирующее поле, в котором оказывается проволочка магнитострикционного преобразователя, отличается от требуемого, и характеристика фильтра заметно ухудшается. В частности, это может вызвать возрастание затухания и повышение неравномерности частотной o характеристики в полосе пропускания фильтра. Кроме того, параметры фильтра становятся зависимыми от полярности его включения.
Аналогичное действие на магнитострикционные преобразователи оказывает сильное внешнее магнитное поле. Поэтому электрические фильтры не следует размещать вплотную друг к другу и близко к магнитоэлектрическим измерительным приборам, громкоговорителям и т.п. Расстояние до приборов должно составлять не менее 100 - 150 мм, промежутки между фильтрами - 15- 20 мм. Когда фильтр устанавливается близко к источникам сильных магнитных полей, его нужно заключить в экран из пермаллоя или мягкой магнитной стали с внутренним диаметром не менее 20 мм.
Большое влияние на характеристики фильтра оказывает настройка его электрических контуров, включающих в себя катушки магнитострикционных преобразователей L1, L2 и внешние конденсаторы С1, С2 и С3, С4 (рис. 6). Между каждым из этих контуров и проволочкой соответствующего преобразователя имеется электромеханическая связь. Как и в связанной двухконтурной электрической системе, из рассматриваемых контуров в проволочки преобразователей вносится дополнительное затухание, проявляющееся в виде демпфирования проволочек. Эта составляющая затухания играет существенную роль в согласовании фильтра. Когда контуры L1С1С1 и L2С3С4 настроены в резонанс, вносимое в проволочки затухание достигает максимального значения, колебательная система оказывается механически наиболее сильно шунтированной я правильно согласованной, в результате чего неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания получается минимальной. Расстройка контуров приводит к значительному ухудшению коэффициента передачи фильтра и появлению глубоких впадин в пределах его полосы пропускания.
Добротность электрических контуров фильтра невелика (5-10), и их настройка получается не острой. Это позволяет после настройки заменить подстроечные конденсаторы С1 и С4 конденсаторами постоянной емкости, имеющие допуск +5%.
Вследствие описанного влияния контуров преобразователей на параметры фильтра при шунтировании контуров увеличивается затухание и заметно возрастает неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания фильтра. Первое, по-видимому, не требует пояснений. Второе объясняется следующим образом. При шунтировании добротность контуров понижается. Это вызывает уменьшение потерь, вносимых в проволочки магнитострикционных преобразователей с электрической стороны, или, иначе говоря, приводит к ослаблению демпфирования колебательной системы преобразователями. Если провести аналогию с электрическими фильтрами, это эквивалентно разгрузке фильтра, то есть его рассогласованию. Последнее, как известно, вызывает возрастание неравномерности частотной характеристики в полосе пропускания.
Если появится необходимость шунтировать контуры фильтра, желательно, чтобы сопротивления, подключенные параллельно его входу и выходу, были не менее 100 - 200 кОм. По этой же причине лампу, стоящую на входе фильтра (Л1 на рис. 6), следует выбирать с большим внутренним сопротивлением.
Включать ЭМФ следует таким образом, чтобы через катушку преобразователя не протекала постоянная составляющая анодного или коллекторного тока усилителя, нагрузкой которого является ЭМФ. В противном случае создается дополнительное магнитное поле, которое приводит к увеличению затухания и повышению неравномерности частотной характеристики в полосе пропускания фильтра. Аналогичное действие на ЭМФ оказывает внешнее магнитное поле, поэтому не следует размещать фильтры вплотную друг к другу и близко к громкоговорителям, магнитоэлектрическим измерительным приборам и т. п., в противном случае ЭМФ следует заэкранировать.
Электромагнитные фильтры относительно стабильны, имеют малые размеры, добротность их достигает 2000 - 3000, а при использовании в качестве материала резонаторов алюминия или его сплавов - 6000 - 10000 (однако при этом требуется очень высокая точность изготовления механических деталей). Обычно такие фильтры рассчитаны на работу в температурном диапазоне -30...+80°С.
К недостаткам можно отнести сравнительно узкий диапазон частот (от 100 до 1 000 кГц), для работы в котором получаются относительно легко реализуемые геометрические размеры резонаторов, и сложность технологии изготовления.
Специфика настройки электромеханических фильтров с монолитной колебательной системой предполагает большие затраты ручного труда квалифицированных специалистов, поэтому производимые изделия не могут быть дешёвыми. Механизации и автоматизации процесс настройки не поддаётся, каждый фильтр проходит полный цикл настройки путём ручного припиливания, перемежающегося с измерением характеристик на спецтехнологическом оборудовании.
Существенными недостатками магнитострикционных фильтров являются большое затухание и его значительная неравномерность в полосе прозрачности и большая температурная зависимость характеристики затухания.