17.Полосовые усилители: усилитель с электромеханическим фильтром.

Принципиальная схема усилителя приведена на рисунке 3.15. Особенностью усилителя является применение для формирования АЧХ электромеханического фильтра.

Рисунок 3.15 – Усилитель с электромеханическим фильтром

Электромеханический фильтр состоит из двух магнитострикционных преобразователей (МСП) и механических резонаторов с механическими связками.

Эффект магнитострикции открыт Джоулем в 1842г. Он состоит в изменении формы и размера некоторых материалов (никель, пермалой) в магнитном поле. Относительное изменение размеров порядка .

Постоянный магнит МСП создает магнитное поле смещения, а контурные катушки –магнитный поток возбуждения.

Механические резонаторы представляют собой пластины, диски, цилиндрические стержни из упругого материала (стали, алюминия).

Добротность механических резонаторов существенно выше добротности электрических резонаторов и составляет , что обеспечивает более высокую селективность электромеханических фильтров.

Малые размеры электромеханических фильтров объясняются существенно меньшей скоростью распространения механических колебаний по сравнению с электрическими, следовательно существенно меньшей длиной волны механических колебаний при одной и той же частоте колебаний ( ).

Центральная частота полосы пропускания электромеханических фильтров составляет сотни килогерц, единицы мегагерц.

18. Полосовые усилители: усилитель с кварцевым фильтром, усилитель с фильтром на пав

На рисунке 3.16 приведена схема усилителя с кварцевым фильтром, выполненным по мостовой схеме. Плечами моста являются: кварцевые резонаторы Q₁ и Q₂ и две половины катушки индуктивности L₁. В одну диагональ моста включен конденсатор С₁, а во вторую – колебательный контур L₂, C₂. Контуры L₁, C₁ и L₂, C₂ настроены на частоту принимаемого сигнала.

Рисунок 3.16 – Усилитель с кварцевым фильтром

Эквивалентная схема кварцевого резонатора приведена на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 – Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Кварцевый резонатор представляет собой колебательный контур, характеризующийся двумя резонансными частотами: частотой последовательного резонанса и частотой параллельного резонанса , где .

Кварцевые резонаторы выбираются так, чтобы частота последовательного резонанса кварцевого резонатора Q₁ была на величину меньше, а частота последовательного резонанса кварцевого резонатора Q₂ была на величину больше средней частоты полосы пропускания фильтра. Тогда в пределах полосы пропускания фильтра мост окажется разбалансированным, а напряжение в диагонали моста (на контуре L₂, C₂) максимальным. По мере удаления от резонансных частот кварцевых резонаторов различие между их сопротивлениями уменьшается, мост оказывается в режиме, близком к балансу, выходное напряжение резко падает.

Благодаря высокой добротности кварцевых резонаторов ( ) усилитель имеет относительно узкую полосу пропускания и высокую селективность.

Усилитель с фильтром на поверхностных акустических волнах

На рисунке 3.18 показана принципиальная схема усилителя и топология фильтра на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Рисунок 3.18 – Принципиальная схема усилителя с фильтром на ПАВ

и топология фильтра

Фильтр на ПАВ представляет собой тонкую пластину из пьезокерамики, на которой находятся два встречно-штыревых преобразователя (ВШП). Они наносятся на пластину путем вакуумного напыления алюминия. Каждый ВШП состоит из двух гребенок. Расстояние между штырями каждой гребенки равно длине волны. Расстояние между штырями двух противоположных гребенок равно половине длины волны. Это обеспечивает необходимое фазирование колебаний, создаваемых каждым штырем.

Сигнал, воздействующий на передающий ВШП, создает переменное электрическое поле, вызывающее упругие деформации (растяжение и сжатие), которые распространяются по пластине в виде ПАВ со скоростью 3000м/с.

В приемном ВШП происходит преобразование ПАВ в электрические колебания. АЧХ фильтра зависит от количества штырей и закона изменения длины штырей в направлении распространения волны-аподизации. При постоянной длине штырей получается АЧХ с пульсациями как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Аподизация сглаживает пульсации.

Фильтры на ПАВ используют на частотах 30 МГц..3 ГГц.

Катушка индуктивности на входе фильтра образует с входной емкостью фильтра параллельный колебательный контур, настроенный на частоту сигнала, что увеличивает коэффициент усиления и повышает селективность усилителя.