Электромеханические фильтры

В некоторых случаях необходимо, наоборот, получить очень узкую полосу пропускания при заданной рабочей частоте. Ширина полосы пропускания колебательного контура обратно пропорциональна его добротности:

Поэтому возможности построения систем с узкой полосой пропускания ограничивается возможностями создания контуров с высокой добротностью.

В тех случаях, когда колебательные контуры, выполненные из конденсаторов и катушек индуктивности, не могут обеспечить создание систем с достаточно узкой полосой пропускания, применяются электромеханические фильтры. В качестве электромеханических фильтров могут использоваться либо пьезоэлектрические фильтры, либо магнитострикционные.

Для изготовления пьезоэлектрических фильтров используются материалы, обладающие пьезоэффектом. Пьезоэффектом называется способность материала преобразовывать электрические колебания в механические и наоборот. Чаще всего для изготовления фильтров используется кварц.

Если кристалл кварца поместить в переменное электрическое поле, то этот кристалл будет претерпевать деформацию, в результате которой возникнут механические колебания. Собственная частота механических колебаний кварцевого стержня зависит от его размеров. При изменении частоты напряжения, приложенного к выводам кристалла, ток в цепи будет изменяться аналогично изменению тока в колебательном контуре. Когда частота приложенного напряжения окажется равной собственной частоте механических колебаний, возникнет электромеханический резонанс. При этом ток, протекающий в цепи, достигнет максимального значения.

Кварцевые фильтры отличаются высокой стабильностью резонансной частоты, высокой добротностью (около 10⁴) и узкой полосой пропускания.

Для изготовления магнитострикционных фильтров используются материалы, обладающие прямым и обратным магнитострикционным эффектом. Прямой магнитострикционный эффект заключается в том, что под действием переменного магнитного поля эти материалы претерпевают деформацию, в результате чего возникают механические колебания. Переменное магнитное поле появляется при пропускании переменного тока через обмотку, расположенную на стержне из магнитострикционного материала. Обратный магнитострикционный эффект заключается в том, что если стержень из магнитострикционного материала подвергнуть механической деформации, то в обмотке, расположенной на этом стержне, наводится переменная э. д. с.

Магнитострикционный фильтр представляет собой стержень из магнитострикционного материала, на котором размещены две обмотки: входную и выходную. Через входную обмотку пропускается переменный ток, вызывающий механические колебания стержня.

Колебания стержня наводят э. д. с. в выходной обмотке фильтра. Такой фильтр представляет собой резонансную колебательную систему. Частота механического резонанса магнитострикционного фильтра зависит от размеров стержня.