Кварцевый фильтр позволяет некоторым частотам «проходить» через электрическую цепь, ослабляя при этом нежелательные частоты. Электронный фильтр может использовать кристаллы кварца в качестве компонентов резонатора схемы фильтра. Кристаллы кварца пьезоэлектричны , поэтому их механические характеристики могут влиять на электронные схемы ( см. механический фильтр ). В частности, кристаллы кварца могут проявлять механические резонансы с очень высокой добротностью (от 10 000 до 100 000 и выше – намного выше, чем у обычных резонаторов, построенных из катушек индуктивности и конденсаторов). Стабильность кристалла и его высокая добротность позволяют кварцевым фильтрам иметь точные центральные частоты и крутые характеристики полосы пропускания . Типичное затухание кварцевого фильтра в полосе пропускания составляет примерно 2–3 дБ . Кварцевые фильтры обычно используются в устройствах связи , таких как радиоприемники.
Кварцевые фильтры используются в каскадах промежуточной частоты ( ПЧ) высококачественных радиоприемников . Они предпочтительны, поскольку они очень стабильны механически и, следовательно, имеют небольшое изменение резонансной частоты при изменении рабочей температуры. Для достижения максимальной стабильности кристаллы помещают в печи с контролируемой температурой, благодаря чему рабочая температура не зависит от температуры окружающей среды.
В более дешевых комплектах могут использоваться керамические фильтры, построенные на основе керамических резонаторов (которые также используют пьезоэлектрический эффект) или настроенные LC-схемы . Фильтры «кристальной лестницы» очень высокого качества могут быть построены из последовательных массивов кристаллов. [1]
Чаще всего кварцевые фильтры используются на частотах 9 МГц или 10,7 МГц для обеспечения избирательности в приемниках связи или на более высоких частотах в качестве ограничивающего фильтра в приемниках с повышающим преобразованием. Частоты колебаний кристалла определяются его «огранкой» (физической формой), например, обычной AT-огранкой , используемой в кристаллических фильтрах, предназначенных для радиосвязи. Срез также определяет некоторые температурные характеристики, влияющие на стабильность резонансной частоты. Однако кварц обладает высокой температурной стабильностью, его форма не сильно меняется при изменении температуры, встречающейся в типичных радиоприемниках. [2]
Напротив, менее дорогие фильтры на керамической основе обычно используются с частотой 10,7 МГц для фильтрации нежелательных частот в потребительских FM- приемниках. Кроме того, более низкая частота (обычно 455 кГц или около того) может использоваться в качестве второй промежуточной частоты и иметь пьезоэлектрический фильтр. Керамические фильтры на частоте 455 кГц могут обеспечить такую же узкую полосу пропускания, как и кварцевые фильтры на частоте 10,7 МГц.
Концепция дизайна использования кристаллов кварца в качестве фильтрующего компонента была впервые разработана У. Г. Кэди в 1922 году, но в основном это была работа У. П. Мэйсона в конце 1920-х и начале 1930-х годов , которая разработала методы включения кристаллов . в LC [[Эскиз топологии электронного фильтра Топология электронного фильтра | сети решетчатых фильтров]] [ необходимы пояснения ] , которые заложили основу для большей части прогресса в телефонной связи. Конструкции кристаллических фильтров 1960-х годов позволяли использовать настоящие [ необходимы разъяснения ] Чебышева , Баттерворта и другие типичные типы фильтров. Конструкция кристаллических фильтров продолжала совершенствоваться в 1970-х и 1980-х годах с разработкой многополюсных монолитных фильтров, широко используемых сегодня для обеспечения избирательности по ПЧ в приемниках связи . Кристаллические фильтры сегодня можно найти в радиосвязи , телекоммуникациях , устройствах генерации сигналов и GPS . [3]