Elektromechanické filtry


Jakost elektrických filtrů je ovlivněna jakostí reaktančních prvků (L , C), která zejména u cívek je omezena na hodnotu asi kolem 100. Tím pak trpí i jakost filtrů. Naproti tomu některé mechanické kmitající soustavy dosahují podstatně vyšší kvality. Toho lze využít při konstrukci filtru : elektrické kmity se změní v elektromechanickém měniči na kmity mechanické. Těmito kmity se rozkmitá mechanická soustava. Jiným (případně i stejným) elektromechanickým měničem se mechanické kmity převádějí na kmity elektrické. Podle toho, zda použijeme jeden či dva elektromechanické měniče, získáme útvar podobný dvojpólu, nebo čtyřpólu.


Čtyřpólové soustavy


Tyto soustavy se chovají jako čtyřpóly s vlastnostmi filtrů



obr. 1 – čtyřpólová soustava


Dvoupólové soustavy


Tyto soustavy se chovají jako reaktanční dvojpóly. Dvoupólové součásti nejsou sami o sobě filtry. Filtry lze získat teprve vhodným zapojením těchto obvodů do elektrického obvodu.


Mechanické kmity (vybuzené v mechanických kmitavých soustavách) :



Elektromechanické měniče :



Piezoelektrické rezonátory (krystaly)


Podstatou je destička vybroušená z velmi čistého křemene (nebo jiného vhodného materiálu) , opatřená na protilehlých stranách napařenými elektrodami. Svým uspořádáním připomíná kondenzátor, jehož dielektrikum je křemenný výbrus. Připojíme-li na vnější svorky napětí, vzniká v dielektriku elektrické pole, které krystal „deformuje“.

Naopak, deformujeme-li krystal působením vnějších sil, vzniká v dielektriku elektrické pole, které se projevuje nábojem v kondenzátoru a tím i napětím na jeho svorkách. Popsaný jev se nazývá piezoelektrický. Piezoelektrický systém se uzavírá do vhodného pouzdra a běžně se nazývá krystal.


obr. 1 – schématická značka krystalu a

náhradní schéma krystalu


Magnetostrikční rezonátory


Využívají mechanických deformací feromagnetických materiálů, způsobených magnetickým polem. Kmity se budí magnetickým polem cívky. Kmitajícím tělesem je jádro této cívky. vybuzené kmity jsou podélné.



obr. 2 – schematická značka a

náhradní schéma


Elektromechanické rezonátory s ladičkou



obr. 3 – elektromechanický rezonátor

s ladičkou


Tyto rezonátory jsou vhodné pro akustické kmitočtové pásmo. Základem je ladička, která svými konci zasahuje do elektromagnetického systému. V nejjednodušším provedení to je cívka navinutá na permanentním magnetu. Účinnější je však dvojitý měnič.


Čtyřpólové elektromechanické filtry


  1. Obsahují dva elektromagnetické měniče se společným hmotným, kmitajícím prostředím. K rezonanci se využívá hmotného prostředí měničů. (např. piezoelektrický filtr)

  2. Mechanická rezonanční soustava je od elektromechanických měničů oddělena (např. ladičkové filtry, filtry s torzními válečky a filtry s dvoupólovým rezonátorem)

Filtry ladičkové


Filtr obsahuje dvojitou ladičku ve tvaru písmene H. Každou dvojicí konců zasahuje do jednoho měniče.


Filtry s torzními válečky


K vybuzení kmitů lze využít měničů piezoelektrických, ale častěji se používají měniče magnetostrikční. Provedení může být různé.



obr. 4 – různé provedení filtrů s torzními válečky


Každý váleček se chová jako rezonanční obvod. Válečky jsou spojeny táhly ve tvaru slabých tuhých drátů. Táhla jsou přivařena na boku válečků. Kmitající táhlo způsobuje torzní kmity. Celá soustava válečků se chová jako řetězec vázaných rezonančních obvodů, nebo dlouhá soustava příčkových filtrů. Filtr tohoto typu je vhodný pro frekvence v okolí 100kHz a vyniká mimořádně strmými boky přenosové charakteristiky.











dlabos.wz.cz