Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Пьезокерамический фильтр ФП1П1-60

Параметрический ряд фильтров ФП1П1-60 насчитывает более десятка типономиналов. За годы, прошедшие от разработки и начала производства, этих фильтров, в общей сложности, было выпущено около 50 миллионов штук. Такой высокий количественный показатель был достигнут благодаря созданию технологии массового производства резонаторов, простотой его устройства фильтра и лёгкостью сборки.

Фильтр состоит из 7 резонаторов, в том числе 4 резонатора стоят в вертикальных ветвях и 3 резонатора в горизонтальных. При выборе схемы, для обеспечения требуемых характеристик, возможны и другие варианты. Например, 3 резонатора в вертикальных ветвях и 4 – в горизонтальных. Или вариант с 6 или 8 резонаторами (3 или 4 звена). Однако выбранный вариант (см. рис.7а) является уникальным в том смысле, что только он допускает самое простое компоновочное решение при минимальном числе деталей. Это решение иллюстрируется на рис.7б. Только эта принципиальная схема позволила расположить резонаторы в одну линию, чередуясь с одинаковыми пружинящими контактами.

Рис.7. Принципиальная схема пьезокерамического фильтра ФП1П1-60 (а) и соответствующая компоновочная схема (б).

Четыре контакта попарно соединены внутри фильтра, а четыре снабжены внешними выводами. Конструкция фильтра создана на основе этой компоновочной схемы. Фильтр состоит, не считая резонаторов, всего лишь из четырёх видов деталей. Это ячеистый корпус, четыре контакта с выводами, два контакта с перемычками и пластмассовая прокладка для защиты сборки от герметизирующего компаунда. Устройство фильтра и одновременно последовательность сборки, начиная от набора деталей и кончая герметизацией компаундом, показана на рис.8.

Рис.8. Устройство и последовательность сборки пьезокерамического фильтра ФП1П1-60.

Пьезокерамические фильтры ФП1П1-60, имея в своём составе семь резонаторов, обладают превосходными фильтрующими характеристиками и удовлетворяют требованиям подавляющего большинства применений. Лишь в некоторых специальных случаях используются фильтры с увеличенным количеством резонаторов. Рассмотрим типичную амплитудно-частотную характеристику и сделаем некоторые комментарии.

Амплитудно-частотная характеристика

В качестве примера возьмём пьезокерамический фильтр ФП1П1-60-06, который предназначен для формирования частотной характеристики тракта промежуточной частоты сигналов с узкополосной частотной модуляцией. Его типичная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) или, иначе, характеристика затухания приведена на рис.9.

 

Рис.9. Типичная АЧХ пьезокерамического фильтра ФП1П1-60-06 со схемой измерения.

На поле того же рисунка изображена схема, с помощью которой эта характеристика была снята. Фильтр имеет номинальную частоту 455кГц. Отсчёт затухания ведётся от наивысшей точки АЧХ, в которой фильтр вносит минимальные потери. Минимальная величина вносимого затухания для данного типономинала составляет обычно 2дБ. Характеристика в области полюсов не показана. Она обрезана на уровне 60 дБ. Полосу пропускания оценивают по уровню 6дБ. Она, в этом примере, составляет 21 – 22кГц. Такая полоса необходима для неискажённой передачи сигнала с узкополосной ЧМ. Посмотрим теперь на общие особенности пьезокерамических фильтров в отличие от фильтров, построенных с использованием колебательных LC-контуров, и подробнее обсудим некоторые параметры АЧХ.

АЧХ пьезокерамических лестничных фильтров, будучи составленных из высокодобротных элементов (механическая добротность порядка 500) и имея полюса затухания, отличается очень крутыми склонами. Затухание же, вносимое фильтром в полосе задерживания, постоянно в широком интервале. На очень низких частотах оно увеличивается. На частоте выше номинальной первая паразитная полоса пропускания фильтров с круглыми резонаторами находится вблизи 1,1 – 1,2 МГц. Её относительный уровень составляет 20 – 25дБ от основной полосы. Если фильтр собран из квадратных резонаторов, то паразитная полоса находится около 700кГц. Затухание за пределами полосы пропускания называется гарантированным затуханием. Его нормируют для конкретного диапазона частот, например, fном±100кГц, исключая, конечно, полосу пропускания по уровню заданной величины гарантированного затухания. Задание такой полосы задерживания имеет чисто методический смысл. Так удобно изготовителю осуществлять контроль. Реальная же полоса задерживания начинается от нуля и, фактически, ограничивается первой паразитной полосой пропускания, частота которой была указана выше.

Сделаем несколько замечаний по поводу состава и формулирования параметров АЧХ. Некоторые параметры, в силу традиции, восходящей к LC- фильтрам, применительно к пьезокерамическим фильтрам теряют смысл или превращаются в формальность. Так, важнейшим параметром LC-фильтров является величина затухания при отстройке от центральной частоты. Только этот параметр характеризует его селективность. В случае АМ-сигналов принята отстройка ±9кГц. Это означает, что при ещё большей отстройке затухание будет ещё больше. В случае пьезокерамических фильтров – иная ситуация. Она зависит от того, на какой участок характеристики попадём, отстроившись от центральной частоты. Можно декларировать поистине фантастическое затухание, если величину отстройки совместить с полюсами. Но какой в этом практический смысл, если при ещё большей отстройке затухание быстро уменьшается до величины гарантированного. Существует ряд пьезокерамических фильтров типа ФП1П1-61 (ниже мы вернёмся к ним), типономиналы которых отличаются величиной затухания при отстройке на ±9кГц. Это формальное отличие по существу не сказывается на качестве АМ-тракта, а даёт лишь повод изготовителю назначать более высокую цену за «лучшие» типономиналы. Более естественным для пьезокерамических фильтров и методически более удобным является задание параметров АЧХ в области полосы пропускания путём ограничения снизу полосы пропускания по уровню 6дБ и ограничения сверху по уровню, равному по величине норме гарантированного затухания.

Обсудим форму АЧХ в пределах полосы пропускания. В более простых случаях применения достаточно наложить ограничение на неравномерность характеристики по амплитуде, то есть на относительный уровень всплесков и провалов. Допустим, на характеристике нет всплесков и провалов. Как теперь должна выглядеть идеальная характеристика? Может быть, её вершина должна быть плоская, а склоны строго вертикальными? Оказывается, она не должна быть такой. Любой фильтр вносит в сигнал, помимо амплитудно-частотных, также фазовые искажения. В случае прохождения аналогового сигнала с аудио информацией фазовые искажения значения не имеют, так как сигнал предназначен для наших ушей, которые нечувствительны к фазовым искажениям. Другое дело, когда производится передача сигнала в цифровом формате и сигнал должен затем преобразовываться в аналоговый. В этом случае все компоненты сигнала должны получить одинаковую временную задержку (замедление). Это возможно лишь при линейной фазо-частотной характеристике или параболической амплитудно-частотной характеристике. АЧХ фильтра параболой не может быть в принципе, так как она заключена между асимптотами, однако её центральной части можно придать форму, близкую к параболе.

Пьезокерамические фильтры ФП1П1-61

Возвратимся к рис.7. Отбросим на принципиальной схеме фильтра ФП1П1-60 слева или справа три резонатора, а на компоновочной схеме те же три резонатора и два контакта. Тогда, в конструктивном смысле, будем иметь частный случай более простого фильтра. В фильтре ФП1П1-61 только две детали отличаются от деталей фильтра ФП1П1-60. Это укороченные корпус и прокладка. Фильтры ФП1П1-61, имея уменьшенные размеры и довольно неплохие, благодаря двухзвенной схеме, параметры, нашли самое широкое применение в портативных приёмниках АМ-вещания. Этих фильтров также было выпущено не менее 50 миллионов штук.

Приведём пример амплитудно-частотной характеристики одного из типономиналов (ФП1П1-61-04) этого фильтра. Она изображена на рис.10. На рис.11 изображены фотографии внешнего вида фильтров ФП1П1-61.

Рис.10. Амплитудно-частотная характеарактеристика фильтра ФП1П1-61-04-Х Рис.11. Фильтры ФП1П1-61

Мы выбрали для иллюстрации данный типономинал с тем, чтобы сопоставить с аналогичной по полосе пропускания и номинальной частоте характеристикой фильтра ФП1П1-60-06. Изображение приводим в тех же координатных осях, чтобы показать их отличие в связи с разным количеством резонаторов.

Как управлять параметрами

Это очень просто. Интегральное потребительское качество (назовём это так) дискретного пьезокерамического фильтра определяется количеством резонаторов. Для конкретной принципиальной схемы с выбранным числом резонаторов это качество остаётся постоянным. Имеется в виду следующее. Варьируя параметры резонаторов, можно улучшить тот или иной параметр, но только ценой ухудшения другого параметра. Увеличение ёмкостного отношения влечёт увеличение гарантированного затухания. Это хорошо. Одновременно увеличиваются вносимые потери и уменьшается крутизна склонов. Это плохо. Тем не менее, на практике, этот механизм создания типономиналов используют, так как возможны разные компромиссные решения в зависимости от особенностей применения. Однако основной вопрос, который должен интересовать разработчика – это сколько в фильтре резонаторов. Хорошее гарантирование затухание в полосе задерживания обеспечивается достаточным количеством резонаторов. Фильтр ФП1П1-60 содержит семь резонаторов. Достаточно ли это? Он обеспечивает величину гарантированного затухания не менее 50дБ. Надо ли ещё улучшать этот показатель? Скорей всего нет, потому что затухание свыше 50дБ непросто реализовать в составе устройства без принятия специальных мер по исключению прохождения сигнала в обход фильтра. Монтажная ёмкость между входом и выходом всего в 1пФ уже ограничивает затухание на уровне 40дБ. Для некоторых применений требуются фильтры с особо крутыми склонами АЧХ, например, для выделения одной боковой полосы. В этом случае используют резонаторы с небольшим ёмкостным отношением, а потерю затухания, в связи с этим, восполняют количеством звеньев. Фильтр одной боковой полосы ФП1П1-64 имеет в своём составе 13 резонаторов.

Как управлять шириной полосы пропускания? Ранее мы видели, что расстояние между полюсами фильтра равно удвоенному резонансному (2Δf) промежутку. Ширина полосы пропускания по уровню 6дБ обычно близка к Δf. Она может быть шире или уже. Это зависит от ёмкостного отношения. Резонансный промежуток это показатель полосности. Пьезокерамические материалы, применяемые в фильтрах, покрывают интервал относительных резонансных промежутков (по отношению к номинальной частоте) от 1% до 10%. Стало быть, фильтры на частоту 455кГц могут иметь ширину полосы пропускания по уровню 6дБ от 4-5 до 40-50кГц.

Дискриминаторные фильтры

Основная область применения дискриминаторных фильтров – схемы детектирования частотно-модулированных сигналов. Обычно дискретный дискриминаторный фильтр включает в себя всего лишь один резонатор и представляет собой двухполюсник, а его рабочей характеристикой служит фазо-частотная характеристика.

Прохождение сигнала в устройстве детектирования с применением пьезокерамического дискриминаторного фильтра происходит следующим образом. Ограниченный по амплитуде частотно-модулированный сигнал поступает на элемент фильтра, на выходе которого приобретает фазовый сдвиг, пропорциональный отклонению частоты сигнала от несущей частоты. Сигнал приобретает фазовую модуляцию по закону частотной. Затем фазо-модулированный сигнал поступает на фазовый детектор. На второй вход фазового детектора поступает, в качестве опорного, тот же сигнал, но без приобретённого фазового сдвига. На выходе фазового детектора выделяется демодулированный низкочастотный сигнал. Напряжение демодулированного сигнала пропорционально приобретённому фазовому сдвигу. Чтобы после демодуляции сигнал получился без искажений, приобретённый фазовый сдвиг также должен быть пропорционален отклонению частоты. А это значит, что фазо-частотная характеристика фильтра должна быть линейна в рабочем интервале частот.

Резонатор полосового фильтра, нельзя использовать как элемент дискриминаторного фильтра. На его фазо-частотной характеристике нет подходящего рабочего участка. Она состоит, либо из слишком пологих, либо из слишком крутых участков. Причина тому – высокая добротность. Для дискриминаторных фильтров применяется пьезокерамика с пониженной (50 – 100) механической добротностью. На рис.12 приведены фазо-частотные характеристики пьезокерамических резонаторов.

Рис.12. Фазо-частотные характеристики пьезокерамических резонаторов с высокой механической добротностью (кривая 1)и с пониженной добротностью (кривая 2) Рис.13. Пьезокерамический дискриминаторный фильтр ФП1Д1-22

В условиях серийного производства фазо-частотную характеристику дискриминаторных фильтров контролирует опосредованно. Непосредственно измеряются параметры демодулированного сигнала – амплитуда сигнала и коэффициент нелинейных искажений. Более того, нормы на эти параметры устанавливают для конкретной схемы детектирования, в составе которой контролируют фильтр, и при оговоренной величине девиации несущей. Существует множество интегральных микросхем приёмных трактов, которые предназначены для работы с пьезокерамическими дискриминаторными фильтрами. Каждый тип микросхемы по-своему влияет на фазо-частотную характеристику фильтра. Микросхемы также отличаются по степени предварительного усиления демодулированного сигнала. Поэтому нормы на параметры дискриминаторных фильтров формулируют применительно к «своей» микросхеме. В частности, фильтры ФП1Д1-22 были разработаны для использованя в паре с микросхемой К174ХА26 или с её аналогами.

Основные потребители продукции

ООО «Аврора-БИНИБ»

Потребители звонков:

1)ЗАО «Платан Комионентс», г. Москва.

2)ЗАО НВП «Болид», г. Москва.

3)ООО МПП «ВЭРС», г. Новосибирск.

4)ООО ТД «Промэлектроснела», г. Екатеринбург.

5)ООО «Планар», г. Москва.

6)ООО «Элприт», г. Москва.

7)ФГУП НПП «Алмаз» для НП «Газотрон-С», г. Саратов.

8)ООО НПО «Центр-Протон», г. Новосибирск.

9)ФГУП «Калуга прибор», г. Калуга.

10)ФГУП НТЦ «Базис», г. Калуга.

11)ООО «Спецприбор-комилент», г. Казань.

12)ООО «П-логистик», г. Екатеринбург.

Потребители ОПС «Свирель»:

1)ЗАО НВП «Болид», г. Москва.

2)ООО «Форум Безопасности», г. Казань.

3)ООО «Приборы охраны», г. Новосибирск.

4)ООО «Радиан», г. Екатеринбург.

5)ООО ТД «Антарис», г. Ижевск.

6)ООО «Луис+», г. Москва.

7)ООО ТД «Деан», г. Москва.

8)ООО «Полисет-СБ», г. Москва.

9)ООО «Гарант», г. Санкт-Петербург.

10)ООО ТК «Аврора», г. Новосибирск.

Потребители пьезозажигалок:

1)ИП Кузнецова Е.М. г. Екатеринбург.

2)ИП Бурылёв В.Н. г. Пермь.

3)ИП Загародских Л.И. г. Киров.

4)ИП Писанов С.Б. г. Москва.

Потребители фильтров; резонаторов:

1)ОАО «Ярославский радиозавод», г. Ярославль.

2)ООО «ИРЗ-Связь», г. Ижевск.

3)ООО «НПО Ахтуба-Плюс», г. Волжский.

4)ОАО «Корпорация-Новосибирский завод «Электросигнал», г. Новосибирск.

5)ООО «Альфа-Пром», г. Казань.

6)ОАО «Электросигнал», г. Воронеж.

7)ЗАО «Радиан-Элпом», г. Москва.

8)ОАО «Электросигнал», г. Дербент.

9)ОАО «НИИ «Элла», г. Зеленоград.

10)ОАО «Муромский завод электрооборудования и радиоаппаратуры», г. Муром.

11)ФГУП ПО «Октябрь», г. Каменск-Уральский.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...