利用聲表濾波器原理制成收音機(jī),解決人老孤單
來源:http://www.techzozo.com 作者:jinluodz 2013年07月29
中國公民中,老年人的比例在占大成,他們操勞著一輩子,好不容易閑下來了,寂寞與孤單迅馳而來。在我們在那座小市里,些許的年輕娃們,安撫于老人的禮物,便是收音機(jī),戲曲歌曲都有在里頭,這從一方面的來解決人老孤單,有收音機(jī)作陪。收音機(jī)中,最大的功臣要屬聲表面濾波器了,下面我們來詳情介紹下,聲表面波濾波器(SAWF)是利用壓電材料的壓電效應(yīng)和聲特性來工作的。具有壓電效應(yīng)的材料能起到換能器的作用,它可以將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,反之亦然。壓電效應(yīng)包括正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)。所謂正壓電效應(yīng)是指壓電材料受力變形產(chǎn)生電荷,因而產(chǎn)生電場的效應(yīng),即由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,反壓電效應(yīng)是指壓電材料在外加電場的作用下,產(chǎn)生機(jī)械形變的效應(yīng),也即由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
這種濾波器的基片是由壓電材料(如鈮酸鋰或石英晶體)制成,在基片上蒸鍍兩組“叉指電極”,一般由金屬薄膜用光刻工藝刻成。左側(cè)接信號(hào)源的一組稱為發(fā)送換能器,右側(cè)接負(fù)載的一組稱為接收換能器,圖中a、b分別為電極寬度和極間距離,W為相鄰叉指對的重疊長度,稱為“叉指孔徑”。當(dāng)交變的電信號(hào)us加到發(fā)送換能器的兩個(gè)電極上時(shí),通過反壓電效應(yīng),基片材料就會(huì)產(chǎn)生彈性形變,這個(gè)隨信號(hào)變化的彈性波,即“聲表面波”,它將沿著垂直于電極軸向(圖中x方向)向兩個(gè)方向傳播,一個(gè)方向的聲表面波被左側(cè)的吸聲材料吸收,另一方向的聲表面波則傳送到接收換能器,由正壓電效應(yīng)產(chǎn)生了電信號(hào),再送到負(fù)載RL。但叉指換能器的形狀不同時(shí),濾波器對不同頻率信號(hào)的傳送與衰減能力就會(huì)不一樣。
下面是聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖
為了簡便起見,僅分析“均勻”型叉指換能器的頻率特性。所謂“均勻”型就是指圖2—12中各叉指對的參數(shù)a、b、W都相同,設(shè)換能器有n+1個(gè)電極,并把換能器分為n節(jié)或N個(gè)周期(N=n/2),各電極將激發(fā)出相同數(shù)量的聲表面波,聲表面波的波長由指裝點(diǎn)基的寬度a和間隔b決定,聲表面波的頻率與傳播速度有關(guān),其自然諧振頻率(或機(jī)械諧振頻率)為
v是聲表面波的傳播速度,約為3×103m/s,比光速小很多,比聲速高9倍多。在f0一定,速度v低時(shí)(a+b)就可以小,所以聲表面波器件的尺寸可以做得很小,但f0很低,則(a+b)就增大,SAWF的尺寸就增大,因此它適合工作在高頻或超高頻段。
叉指換能器的尺寸決定后,換能器的f0就固定了,當(dāng)外加信號(hào)的頻率等于f0時(shí),換能器各節(jié)電極所激發(fā)的聲表面波同相疊加,振幅最大,即所激發(fā)出的聲表面波幅值最大;當(dāng)外加信號(hào)的頻率偏離f0時(shí),換能器各節(jié)電極所激發(fā)的聲表面波振幅值基本不變,但相位發(fā)生變化,其矢量疊加會(huì)使振幅值減小,并隨頻率偏離的大小而變化,有時(shí)完全對消。根據(jù)理論分析可知,其頻率特性曲線呈現(xiàn) sinx/x函數(shù)形式,式中x=Nπ?f/f0 。由信號(hào)分析可知,矩形脈沖信號(hào)的幅頻特性也呈現(xiàn)sinx/x 函數(shù)形式,所以上述均勻叉指換能器的信號(hào)脈沖是矩形,與叉指重疊部分的幾何形狀(矩形)完全相同。由此可見,叉指換能器的幾何形狀同它的沖擊響應(yīng)h(t)對應(yīng),由此可求得其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jω)。叉指換能器的特點(diǎn)即它的幾何形狀同信號(hào)響應(yīng)之間存在著特別簡單的關(guān)系。
在選用聲表波濾波器注意事項(xiàng)(1)聲表面波濾波器的圖像載頻有38MHZ和37MHZ兩種類型,在選用時(shí)應(yīng)該弄清楚電路需要的聲表面波濾波器是那種類型。(2)聲表面波濾波器的插入損耗很大,達(dá)20dB以上,在使用時(shí)需要加大器補(bǔ)償。(3)聲表面波濾波器內(nèi)部漏電,開路,損壞或接觸不良時(shí),彩電會(huì)出現(xiàn)無圖像,無聲音,但有雜波和沙沙聲或圖像閃動(dòng),揚(yáng)聲器有“咔咔”等聲現(xiàn)象。聲表面波濾波器損壞后,應(yīng)盡可能換上與原型號(hào)的聲表面波濾波器,也可以用于其參數(shù)相近,引腳排列相同的其他型號(hào)聲表面波濾波器代替。
聲表面波濾波器應(yīng)用電路有多種,但作為濾波器,除輸入和輸出四端外,其余端口均為敝頻層或金屬殼體,作為中頻選頻濾波器,若電視機(jī)的中放增益夠大,可將符合中頻響應(yīng)要求的聲表面波濾波器前加一級(jí)前置放大級(jí),用于彌補(bǔ)聲表面波濾波器的插入損耗,在應(yīng)用時(shí),必須注意外殼接地應(yīng)良好,因?yàn)樗慕拥囟伺c屏蔽電極相通,這個(gè)電極是用來隔離輸出與輸入之間的分布電容的。
這種濾波器的基片是由壓電材料(如鈮酸鋰或石英晶體)制成,在基片上蒸鍍兩組“叉指電極”,一般由金屬薄膜用光刻工藝刻成。左側(cè)接信號(hào)源的一組稱為發(fā)送換能器,右側(cè)接負(fù)載的一組稱為接收換能器,圖中a、b分別為電極寬度和極間距離,W為相鄰叉指對的重疊長度,稱為“叉指孔徑”。當(dāng)交變的電信號(hào)us加到發(fā)送換能器的兩個(gè)電極上時(shí),通過反壓電效應(yīng),基片材料就會(huì)產(chǎn)生彈性形變,這個(gè)隨信號(hào)變化的彈性波,即“聲表面波”,它將沿著垂直于電極軸向(圖中x方向)向兩個(gè)方向傳播,一個(gè)方向的聲表面波被左側(cè)的吸聲材料吸收,另一方向的聲表面波則傳送到接收換能器,由正壓電效應(yīng)產(chǎn)生了電信號(hào),再送到負(fù)載RL。但叉指換能器的形狀不同時(shí),濾波器對不同頻率信號(hào)的傳送與衰減能力就會(huì)不一樣。
下面是聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖
為了簡便起見,僅分析“均勻”型叉指換能器的頻率特性。所謂“均勻”型就是指圖2—12中各叉指對的參數(shù)a、b、W都相同,設(shè)換能器有n+1個(gè)電極,并把換能器分為n節(jié)或N個(gè)周期(N=n/2),各電極將激發(fā)出相同數(shù)量的聲表面波,聲表面波的波長由指裝點(diǎn)基的寬度a和間隔b決定,聲表面波的頻率與傳播速度有關(guān),其自然諧振頻率(或機(jī)械諧振頻率)為
v是聲表面波的傳播速度,約為3×103m/s,比光速小很多,比聲速高9倍多。在f0一定,速度v低時(shí)(a+b)就可以小,所以聲表面波器件的尺寸可以做得很小,但f0很低,則(a+b)就增大,SAWF的尺寸就增大,因此它適合工作在高頻或超高頻段。
叉指換能器的尺寸決定后,換能器的f0就固定了,當(dāng)外加信號(hào)的頻率等于f0時(shí),換能器各節(jié)電極所激發(fā)的聲表面波同相疊加,振幅最大,即所激發(fā)出的聲表面波幅值最大;當(dāng)外加信號(hào)的頻率偏離f0時(shí),換能器各節(jié)電極所激發(fā)的聲表面波振幅值基本不變,但相位發(fā)生變化,其矢量疊加會(huì)使振幅值減小,并隨頻率偏離的大小而變化,有時(shí)完全對消。根據(jù)理論分析可知,其頻率特性曲線呈現(xiàn) sinx/x函數(shù)形式,式中x=Nπ?f/f0 。由信號(hào)分析可知,矩形脈沖信號(hào)的幅頻特性也呈現(xiàn)sinx/x 函數(shù)形式,所以上述均勻叉指換能器的信號(hào)脈沖是矩形,與叉指重疊部分的幾何形狀(矩形)完全相同。由此可見,叉指換能器的幾何形狀同它的沖擊響應(yīng)h(t)對應(yīng),由此可求得其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jω)。叉指換能器的特點(diǎn)即它的幾何形狀同信號(hào)響應(yīng)之間存在著特別簡單的關(guān)系。
在選用聲表波濾波器注意事項(xiàng)(1)聲表面波濾波器的圖像載頻有38MHZ和37MHZ兩種類型,在選用時(shí)應(yīng)該弄清楚電路需要的聲表面波濾波器是那種類型。(2)聲表面波濾波器的插入損耗很大,達(dá)20dB以上,在使用時(shí)需要加大器補(bǔ)償。(3)聲表面波濾波器內(nèi)部漏電,開路,損壞或接觸不良時(shí),彩電會(huì)出現(xiàn)無圖像,無聲音,但有雜波和沙沙聲或圖像閃動(dòng),揚(yáng)聲器有“咔咔”等聲現(xiàn)象。聲表面波濾波器損壞后,應(yīng)盡可能換上與原型號(hào)的聲表面波濾波器,也可以用于其參數(shù)相近,引腳排列相同的其他型號(hào)聲表面波濾波器代替。
聲表面波濾波器應(yīng)用電路有多種,但作為濾波器,除輸入和輸出四端外,其余端口均為敝頻層或金屬殼體,作為中頻選頻濾波器,若電視機(jī)的中放增益夠大,可將符合中頻響應(yīng)要求的聲表面波濾波器前加一級(jí)前置放大級(jí),用于彌補(bǔ)聲表面波濾波器的插入損耗,在應(yīng)用時(shí),必須注意外殼接地應(yīng)良好,因?yàn)樗慕拥囟伺c屏蔽電極相通,這個(gè)電極是用來隔離輸出與輸入之間的分布電容的。
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