Правильно рассчитанный и построенный кварцевый лестничный фильтр дает хорошее совпадение реальных характеристик с результатами расчетов [1—3]. Однако иногда ранее измеренная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) кварцевого фильтра после его включения в аппаратуру существенно искажается. Искажения заключаются в основном в чрезмерном увеличении неравномерности затухания в полосе пропускания фильтра. Бывают случаи, когда наблюдается и сдвиг центральной частоты и изменение полосы пропускания фильтра.

Чтобы разобраться в причинах возникновения искажений АЧХ, обратимся к статье [1], излагающей принципы построения кварцевых лестничных фильтров на одинаковых резонаторах. Согласно формулам (2), (4), и (5) (см. [1]) резонансные частоты всех звеньев правильно построенного фильтра, если рассматривать каждое из них в отдельности, должны быть одинаковыми. В реальной же аппаратуре кварцевый фильтр включают между узлами, обладающими, как правило, некоторой выходной и входной емкостями. Она-то и расстраивает обычно крайние звенья фильтра. Даже незначительная емкость, подключенная к входу или выходу кварцевого лестничного фильтра, заметно увеличивает неравномерность АЧХ в полосе пропускания. Еще хуже, когда фильтр в аппаратуре подключают длинными экранированными проводами. Емкость даже короткого отрезка такого провода может достигать десятков пикофарад.

На рис. 1 показано, как влияет емкостная нагрузка на АЧХ четырехрезонаторного кварцевого фильтра. Кривая 1 — АЧХ фильтра, включенного между сопротивлениями, рассчитанными по формулам (9) (см. [1]). Неравномерность АЧХ достигает 1 дБ, что незначительно превышает расчетное значение. Если к выходу этого фильтра подключить конденсатор 47 пФ, то неравномерность АЧХ возрастет до 5,5 дБ (кривая 2 на рис. 1). Увеличится и затухание в полосе пропускания фильтра. Кривая 3 дает представление об изменении АЧХ фильтра, когда к его входу и выходу подключены конденсаторы емкостью 47 пФ. В этом случае неравномерность АЧХ достигает 10 дБ.

Если при включении кварцевого фильтра нельзя обойтись без экранированных соединительных проводов, их емкость нужно нейтрализовать, включив параллельно им катушки индуктивности. Индуктивность катушки (в микрогенри) можно определить по формуле
L = 25300/f²C
где f — центральная частота полосы пропускания (в мегагерцах);
С — паразитная емкость (в пикофарадах).

Если значение паразитной емкости точно неизвестно, индуктивность нейтрализующей катушки подбирают экспериментально. Для этого рассчитывают ожидаемое значение индуктивности L, подставляя в вышеприведенную формулу приблизительное значение паразитной емкости С. Затем к фильтру подключают подстраиваемую катушку, индуктивность которой близка к рассчитанному значению L. Изменяя индуктивность этой катушки, добиваются наименьшей неравномерности АЧХ в полосе пропускании.

На рис. 2 показана АЧХ кварцевого фильтра с подключенными к входу и выходу конденсаторами 47 пФ и нейтрализирующими катушками индуктивности. Кривая 1 представляет АЧХ при оптимальных индуктивностях нейтрализирующих катушек. Кривая 2 соответствует АЧХ того же фильтра при неполной нейтрализации паразитных емкостей (L — слишком велика), кривая 3 — при индуктивной паразитной нагрузке (L — меньше оптимальной) . Из рисунка видно, что если нет возможности подстраивать нейтрализирующую катушку индуктивности, лучше выбирать значение L несколько выше оптимального. Искажения АЧХ могут быть вызваны и несоответствием сопротивлений нагрузки фильтра их расчетным значениям.

На рис. 3 показано влияние отклонения сопротивления на выходе фильтра от его расчетного значения. Кривая 1 представляет собой АЧХ четырехрезонаторного фильтра при сопротивлении нагрузки, равном 1,37 кОм (расчетное значение — 1,36 кОм). Кривая 2 снята при сопротивлении нагрузки 680 Ом, кривая 3 — при сопротивлении 2,7 кОм. Рисунок 3 наглядно показывает, что уменьшение сопротивления нагрузки слабо влияет на неравномерность АЧХ, но заметно сужает полосу пропускания фильтра. Увеличение сопротивления нагрузки сверх расчетного значения ведет к существенному возрастанию неравномерности АЧХ и расширению полосы пропускания.

Литература

1. Жалнераускас В. Кварцевые фильтры на одинаковых резонаторах.— Радио, 1983, № 1, с. 18—21, № 2, с. 20 -21.
2. Жалнораускас В. Кварцевые фильтры с переменной полосой пропускания.— Радио. 1982, № 6, с. 23-24.
3. Жалнераускас В. Выбор резонаторов для кварцевых фильтров.— Радио, 1983, № 8, с. 16.