1、壓電陶瓷聲體濾波器一壓電陶瓷聲體濾波器最早出現(xiàn)的壓電陶瓷濾波器是單片的或由兩片組成的二端及三端濾波器，應(yīng)用于收音機(jī)線路中。接著出現(xiàn)的是比二、三端濾波器復(fù)雜的多節(jié)濾波器。能阱漠理論的出現(xiàn)導(dǎo)致了能阱漠濾波器的問世。以上這些陶瓷濾波器，就其振動模式及振動波的傳輸方式來說都是聲體波，為與后章出現(xiàn)的聲表面濾波器相區(qū)別，稱這些濾波器為聲體波濾波器。壓電陶瓷濾波器與LC濾波器相比，具有體積小、重量輕、價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以一經(jīng)問世就受重視，特別是它的體積小的特點(diǎn)，適應(yīng)電路集成化的要求，所以在選頻器件中占有重要的地位。本章主要介紹上述幾種陶瓷濾波器、諧振器以及用壓電陶瓷片作換能器的壓電音叉、機(jī)械濾波器

2、等復(fù)合濾波器。壓電聲體波延遲線也是一種聲體波器件，所以在本章也給與介紹。1 : 壓電陶瓷振子的諧振特性及等效電路壓電陶瓷振子是結(jié)構(gòu)成各種壓電陶瓷濾波器的基本元件。在交變電場的作用下，壓電陶瓷振子會產(chǎn)生機(jī)械振動，當(dāng)外加交變電場頻率增到某一頻率時(shí)，振子的阻抗變得最小，輸出電流變的最大，此時(shí)的頻率叫做最小阻抗頻率fm。當(dāng)頻率繼續(xù)增高達(dá)到某一頻率時(shí)，振子的阻抗會變的最大，輸出的電流變得最小，此時(shí)的頻率叫做最大阻抗頻率fn。壓電陶瓷振子的阻抗隨頻率交化如圖6.1所示。由于壓電陶瓷振子的諧振特性，阻抗隨頻率的變化與LC諧振電路相類似，因此可以采用機(jī)電類比的方法，用如圖.2所示的相應(yīng)電路來表示壓電陶瓷振子在

3、諧振頻率附近的參數(shù)和特性，這一電路稱為等效電路。圖中，L1稱為動態(tài)電感（或閃電感），代表振子振動時(shí)的質(zhì)量，與振子材料機(jī)械性能有關(guān)；C1稱為動態(tài)電容，與材料彈性強(qiáng)度有關(guān)；C0稱為靜電容（或并聯(lián)電容），與材料介電性能有關(guān)；R1稱為動態(tài)電阻（或內(nèi)電阻、串聯(lián)諧振電阻），代表振子振動時(shí)內(nèi)摩擦引起的機(jī)械損耗。振子的串聯(lián)諧振頻率fs由下式給出：這一頻率近似等于最小阻抗頻率fm ,振子的并聯(lián)諧振頻率fp由下式給出：這一頻率近似等于最大阻抗頻率fn 此外，在最小抗阻頻率fm附近存在一個(gè)電抗分量為零的信號電壓與電流同相位的頻率。這一頻率叫做壓電振子的諧振頻率nfr 在最大抗阻頻率f附近也存在一個(gè)電納分量為零的信號

4、電壓與電流同相位的頻率。這一頻率叫做壓電振子的反諧振頻率fa 在一般情況下，上述fm、fn、fr、fa、fs、fp關(guān)系：, 稱為優(yōu)值；質(zhì)因數(shù)；稱為電容比。稱為機(jī)械品在理想的無損耗（R1 = 0 ，Qm=）情況下， 壓電振子的阻抗與頻率的關(guān)系如下：2 ：壓電陶瓷振子的振動模式如前所述，壓電陶瓷作壓電振子使用時(shí)，主要是利用它在交變電場下所具有的諧振特性，振子的振頻率fr依賴于振子的幾何尺寸和振動模式。振動模式是指某一幾何尺寸的振子在特定條件（按所需方向極化、激勵(lì)和設(shè)置電極等）下，用以完成機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的振動方式。振子的振動模式按極化方向與激勵(lì)電場方向間的關(guān)系通?？梢苑譃樯炜s振動、切變振動、彎

5、曲振動、能阱模振動等類型。常用壓電陶瓷振子的振動模式如表6.1所示。在設(shè)計(jì)振子時(shí)，除了選擇合適的陶瓷材料外，還要選擇合適的振子的振動模式。1.2多節(jié)陶瓷濾波器1: 多節(jié)陶瓷濾波器的構(gòu)成原理由前節(jié)所述壓電陶瓷振子的諧振特性而知，壓電陶瓷振子對fr附近頻率的信號衰耗很小，對fa附近頻率的信號衰耗很大。由此可見，單片壓電陶瓷振子就已經(jīng)具有濾波性質(zhì)了。 由上述單個(gè)振子制成的濾波器，稱為二端濾波器。表6.1 振動模式及相關(guān)特性一個(gè)二端濾波器的衰耗特性是相當(dāng)差的，不能完全滿足使用要求。為了獲得性能良好的濾波器，通常是將二端振子按一定方式組合四端或三端濾波器。如圖.3（a）所示的四端濾波器，就是由1和2兩個(gè)

6、振子組成的。串聯(lián)振子1的作用和單片壓電陶圖. （a）L節(jié)濾波器及其測量電路；（b）輸出特性曲線瓷振子的作用相同，其輸出特性如圖.3（b）中曲線1所示。并聯(lián)振子2的作用，當(dāng)輸入信號頻率在并聯(lián)振子諧振頻率fr2附近時(shí)，并聯(lián)振子的阻抗很小，因此信號幾乎全部被并聯(lián)振子短路了，負(fù)載R上得到的電壓很小；當(dāng)輸入信號頻率在并聯(lián)振子的反諧振頻率fa2附近時(shí)，并聯(lián)振子的阻抗很小，因此信號幾乎全部加在負(fù)載R上，所以負(fù)載得到的電壓很大，其輸出特性如圖.3（b），圖.中曲線2所示。串聯(lián)振子和并聯(lián)振子的輸出情況正好相反。如果適當(dāng)選擇串聯(lián)振子和并聯(lián)振子的諧振頻率和反諧振頻率，使fr1=fa2那么就可得到如圖.4所示的衰耗特

7、性曲線，由此可見，一個(gè)串聯(lián)振子和一個(gè)并聯(lián)振子組成的四端器件，已經(jīng)成為一個(gè)簡單的帶通濾波器了。2 : 多節(jié)陶瓷濾波器的幾種結(jié)構(gòu)形式曲二端振子組成的四端濾波器，按電路結(jié)構(gòu)可以組成T型、型和橋型等幾種，如圖.5所示。按照L型、 L型、T型、型電路結(jié)構(gòu)組成的濾波器為梯型濾波器（或鏈型濾波器）。按照橋型電路結(jié)構(gòu)組成的濾波器，稱為橋型濾波器。L型叫基本半節(jié)，由兩個(gè)基本半節(jié)按不同方向連起來，就得到T型和型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。圖.6所示為窄帶陶瓷濾波器振子連接圖。圖.5 濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖.6五節(jié)對稱T型濾波器3 : 陶瓷濾波器的主要術(shù)語和定義相對衰耗 一個(gè)給定頻率的衰耗與通常規(guī)定頻率點(diǎn)的衰耗之差，及為相對衰耗。 參考

8、頻率f 最大輸出頻率fm，截止頻率fc和中心頻率fo：參考頻率f為通帶內(nèi)取做參考標(biāo)準(zhǔn)的頻率。通帶內(nèi)衰耗最小的一點(diǎn)的頻率即為fm。再同帶邊界上相對衰耗達(dá)到規(guī)定值的那個(gè)頻率，即為截止頻率fc。中心頻率fo是帶通或帶阻濾波器的截止頻率的幾何平均值，及fo=,但實(shí)際上常用截止頻率的算術(shù)平均值作為幾何平均值的近似值，中心頻率fo的算術(shù)平均值為。通帶寬度通帶波動f 兩個(gè)截止頻率之差稱為通帶寬度，即f=fc2-fc1。B 通帶波動B等于在規(guī)定的通帶內(nèi)最高波峰衰耗與最低波谷的衰耗之差。插入衰耗 是指通帶內(nèi)某頻率點(diǎn)上的插入衰耗。防衛(wèi)度（或稱阻帶抑止）Bz 濾波器的阻帶衰耗大小，規(guī)定著鄰近通帶信號干擾的大小。防衛(wèi)

9、度就是規(guī)定阻帶頻率范圍內(nèi)的最小相對衰耗值。防衛(wèi)度的大小可以從濾波器插入衰耗曲線上求出來。矩形系數(shù)和過渡帶 實(shí)際濾波器的衰耗特性，從通帶到阻帶有一定的過渡范圍，在截止頻率與鄰近阻帶內(nèi)最近一點(diǎn)頻率之間的頻率帶稱為過渡帶。過渡帶窄，濾波器的衰耗陡度大。生產(chǎn)上常用矩形系數(shù)描述衰耗陡度。通常用相對衰耗為B2時(shí)的帶寬f B2和相對衰耗為3分貝（或6分貝）時(shí)的帶寬f 3分貝（或6分貝）之比來表示矩形系數(shù)，即式中，K越接近1，就表示濾波器的矩形系數(shù)越好，即從通常到阻帶的變化也越陡峭。在這種情況下，濾波器的選擇性也就越好。四、多節(jié)陶瓷濾波器的測量陶瓷濾波器和其他濾波器一樣，只有對其衰耗特性、相位特性和阻抗特性進(jìn)

10、行測量后，才能全面給出它的電性能。衰耗特性的測量要在一定條件下進(jìn)行。若沒有特別的規(guī)定，所有的試驗(yàn)均在環(huán)境溫度20+5、相對濕度為65+15、大氣壓力為750+30毫米汞柱高的正常氣候條件下進(jìn)行。試驗(yàn)前，樣品應(yīng)在正常氣候條件下至少放置24小時(shí)。此外，還要給出測試電平和濾波器的終接負(fù)載。測試線路如圖.7所示。圖.測試原理：對于終端接有規(guī)定阻抗的濾波器，其插入衰耗可以從電壓指示器的讀數(shù)中得出。測試方法和計(jì)算公式：將信號發(fā)生器的輸出電平和信號頻率調(diào)到所規(guī)定的數(shù)值上。在接入濾波器之前，先將1 .2端短路,此時(shí)，指示器讀數(shù)為V1，然后將1，2端斷開，接入濾波器，此時(shí)，指示器讀數(shù)為V2，則插入衰耗用下列算式

11、：B=20log V1/V2(dB)當(dāng)電壓指示器為電平表時(shí)，其插入衰耗為濾波器接入前后電平表讀書之差。二 多振子壓電陶瓷濾波器的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)1: 分類與命名1.1型號1.1.1 CF 1.1.2 CF SFU 1.1.3: 濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸見圖 1圖1 SFU帶寬分檔 D、E、中心頻率 455 、濾波器引出腳數(shù)量壓電陶瓷濾波器 中心頻率分檔 A、中心頻率 455 、450 調(diào)幅單片濾波器 壓電陶瓷濾波器 3 圖 KHz） F、G、H 450（KHz） W(5、 T(3) B、Y 、465（圖2 CFT圖3 CF 圖4 CFTM 2要求和實(shí)驗(yàn)方法本標(biāo)準(zhǔn)若無特別規(guī)定，所有測試均應(yīng)在GB/T2421中

12、規(guī)定的正常試驗(yàn)大氣條件下進(jìn)行。試驗(yàn)前，濾波器應(yīng)在正常試驗(yàn)大氣下至少放置24h. 2.1 使用條件使用溫度：-20 +80; 相對濕度： 90%RH 以下;大氣壓力：86 106Kpa; 2.2 結(jié)構(gòu)、外形尺寸和質(zhì)量2.2.1 要求 濾波器的結(jié)構(gòu)外形尺寸應(yīng)符合3.2規(guī)定，最大質(zhì)量不大于2g。2.2.2 方法 用精度不低于0.05mm的量具測量外形尺寸，用感量0.1g的天平稱量。 2.3 外觀2.3.1 要求 濾波器的表面應(yīng)平整，無明顯氣泡裂痕，變形和污垢，標(biāo)志牢固清晰。 2.3.2 方法 表面用目視法檢查，標(biāo)志用牢固性用無水乙醇棉球輕擦三次檢查， 2.4 電氣性能2.4.1 要求 濾波器的電氣性

13、能應(yīng)符合表1、表2、表3的規(guī)定。阻帶衰減測試范圍為標(biāo)稱表1表2 表32.42 方法 按SJ2180中的規(guī)定進(jìn)行，測試線路見圖4 。圖 4 測試線路2.5 引出端強(qiáng)度2.5.1 要求 濾波器的引出端經(jīng)拉力試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)后應(yīng)無機(jī)械損傷和引出端松動現(xiàn)象。2.5.2 方法 拉力試驗(yàn)按GB/T2423.29中Ual進(jìn)行，拉力為5N，彎曲試驗(yàn)按GB/T2423.29中Ub方法2進(jìn)行2.6 可焊性2.6.1 要求 濾波器的引出端應(yīng)易焊，沾錫良好，焊料能與引出線潤濕。2.6.2 方法 焊性試驗(yàn)按GB/T2423.28試驗(yàn)Ta方法1進(jìn)行，采用235焊槽法引出端浸入離濾波器主體2 - 2.5mm處。2.7 耐焊接

14、熱2.7.1 要求 濾波器應(yīng)能接受焊接熱的作用，其外觀和電氣性能符合4.3和4.4條的規(guī)定。2.7.2 方法 耐焊接熱試驗(yàn)按GB/T242.28試驗(yàn)Tb方法1A進(jìn)行，采用260的焊槽持續(xù)的時(shí)間為5±1秒，試驗(yàn)后回復(fù)2h 。2.8 振動2.8.1 要求 濾波器經(jīng)試驗(yàn)后，外觀和電氣性能符合4.3和3.4條的規(guī)定。2.8.2 方法 按GB/T2423.10的規(guī)定振動頻率范圍為10Hz - 55Hz - 10Hz ，振幅為0.75mm ，掃頻循環(huán)次數(shù)為15，三個(gè)方向。2.9 碰撞2.9.1 要求 濾波器經(jīng)碰撞試驗(yàn)后，外觀和電氣性能符合4.3和4.4條規(guī)定。22.9.2 方法 按GB/T242

15、3.6的規(guī)定加速度為250m/s,以濾波器的互相垂直的三個(gè)方向個(gè)碰撞1000±10次。2.10 溫度變化2.10.1 要求 濾波器在-20和+80溫度下承受三次溫度變化后。外觀和電氣性能符合4.3和4.4條的規(guī) 定。2.10.2 方法 按GB/T2423.22試驗(yàn)Na的規(guī)定進(jìn)行，保持時(shí)間為30min,轉(zhuǎn)移時(shí)間不大于3min，恢復(fù)時(shí)間為24±2h 。2.11 恒定濕熱2.11.1 要求 濾波器在不加負(fù)荷的情況下，經(jīng)恒定濕熱試驗(yàn)后，外觀和電氣性能符合4.3和4.4條的規(guī)定。2.11.2 方法 按GB/T2423.3規(guī)定的進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間48h恢復(fù)時(shí)間2h，并在2h內(nèi)檢查測量完畢。

16、2.12 溫度特性2.12.1 要求 濾波器在不加負(fù)荷的情況下，在-20或+80溫度時(shí)中心頻率和常溫(+25±10)時(shí)的相對變化率不大于5%。相對變化率(f)按下式計(jì)算：2 - f1× 100%1式中： f1 - +25±10時(shí)的濾波器中心頻率，KHz 。f2 - -20或+80時(shí)的濾波器中心頻率，KHz 。2.12.2 方法 按GB/T2423.1試驗(yàn)Aa檢查低溫特性，按GB2423.2試驗(yàn)Ba檢查高溫特性，保持時(shí)間各位1h，在箱內(nèi)或取出立即測試。3 檢驗(yàn)規(guī)則3.1 濾波器的檢驗(yàn)分為逐批檢驗(yàn)和周期檢驗(yàn)。3.2 濾波器逐批檢驗(yàn)按GB2828中的一次抽樣方案進(jìn)行，檢

17、查水平為。3.3 濾波器逐批檢驗(yàn)的項(xiàng)目、順序、合格質(zhì)量水平(AQL)應(yīng)符合表5規(guī)定，經(jīng)可焊性試驗(yàn)的樣品不得隨同本批次入庫。3.4 濾波器周期檢驗(yàn)每季度進(jìn)行一次，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，主要工藝和原料改變時(shí)或停產(chǎn)三個(gè)月以上又恢復(fù)生 產(chǎn)是亦應(yīng)進(jìn)行。3.5 周期檢查的樣品從本季度生產(chǎn)的，經(jīng)逐批檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品中隨機(jī)抽取，并按表5規(guī)定的項(xiàng)目(除可焊性外)進(jìn)行復(fù)測，按GB2829中兩次抽樣的方案進(jìn)行，檢查水平為。 3.6 周期檢驗(yàn)的分組、順序、檢驗(yàn)項(xiàng)目及不合格質(zhì)量水平(RQL)應(yīng)符合表6的規(guī)定。3.8 經(jīng)周期檢驗(yàn)后的樣品不得作合格品出廠。 4 標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與儲存4.1 濾波器上應(yīng)有下列標(biāo)志：制制造廠商標(biāo)、產(chǎn)品型號

18、。4.2 濾波器應(yīng)裝入盒內(nèi)，每盒只能裝同型號、同規(guī)格的產(chǎn)品，盒內(nèi)應(yīng)放入蓋有制造廠質(zhì)量檢驗(yàn)部門印章的合格證。合格證上應(yīng)注明制造廠名稱、地址或商標(biāo)、產(chǎn)品型號、檢驗(yàn)日期、檢驗(yàn)人員或包裝人員的姓名或代號。4.3 裝有濾波器的包裝盒，應(yīng)放入干燥的包裝箱內(nèi)運(yùn)輸。箱內(nèi)四壁應(yīng)襯防潮紙，空隙處用防震材料填塞，并放入裝箱單，裝箱單上應(yīng)注明制造廠名稱、廠址、產(chǎn)品名稱和型號、裝箱數(shù)量、日期。4.4 包裝箱外應(yīng)清晰標(biāo)明“向上”、“防潮”、“輕放”和收、發(fā)貨單位名稱等標(biāo)記和字樣。 4.5 產(chǎn)品允許用任何運(yùn)輸工具運(yùn)輸，但應(yīng)避免雨雪的直接淋襲和機(jī)械碰撞。4.6 濾波器應(yīng)儲存在環(huán)境溫度為-10 - +40、相對濕度不大于80%RH，周圍環(huán)境應(yīng)無酸、堿或其它有害物質(zhì)的庫房內(nèi)，儲存期限為一年。三壓電陶瓷濾波器及濾波器的結(jié)構(gòu)件1、零配件介紹（1）梅花片（2）小方片（3）絕緣片（4）雙聯(lián)（5）右腳（6）左腳（7）薄片（8）厚片（9）蓋紙（10）外殼2器件結(jié)構(gòu)及組裝圖2.1整體結(jié)構(gòu)正面圖反面圖2.2陶瓷濾波器組裝圖注釋:1 : 左腳2 ：外殼3 ：蓋紙4 ：瓷片5 ：雙聯(lián)6 ：墊片7 ：瓷片8 : 小方片 9 ：梅花片 10 ：右腳 11 ：環(huán)氧2.3 器件外殼設(shè)計(jì)圖四：LT455BW1：性能參數(shù)要求1.1 中心頻率 （KHz）