CS216845B2

CS216845B2 - Narrow-band crystal filter in the bridge connection

Info

Publication number: CS216845B2
Application number: CS785520A
Authority: CS
Inventors: Gyula Boglar
Original assignee: Telefongyar
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-24
Publication date: 1982-11-26
Also published as: PL209269A1; DD138399A5; PL121976B1; DE2836563A1; SE7809045L; HU176718B; GB2006565A; GB2006565B

Abstract

The invention concerns a narrow- band bridge-connected crystal filter having a tunable input transformer the secondary of which is centre-tapped. One end of the secondary is connected to the branch of the bridge containing the crystal connected in series with a capacitor. The bandwidth of the transformer is at least 20 times the design bandwidth of the crystal filter. The series-connected crystal and capacitor are shunted by a fixed and a variable capacitor connected in parallel with each other. <IMAGE>

Description

Vynález se týká krystalového filtru v můstkovém zapojení, který -obsahuje vstupní transformátor opatřený sekundárním vinutím se středním vývodem, přičemž na jeden konec sekundárního vinutí vstupního transformátoru je připojena větev můstku obsahující krystal přemostěný kondenzátorem, zatímco ostatní větve můstku sestávají z kondenzátoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a bridge filter crystal filter comprising an input transformer having a secondary winding with a secondary outlet, with a bridge branch comprising a capacitor bridged crystal connected to one end of the secondary winding of the input transformer while the other bridge branches consist of a capacitor.

V různých sdělovacích zařízeních a měřicích přístrojích jsou často potřebné filtry s velmi úzkou relativní šířkou pásma, aby bylo možné vybrat ze směsi kmitočtů signál určitého* kmitočtu. LC a RC filtry obecně nejsou pro tento účel vhodné, neboť charakteristika filtru se musí mimo velmi úzké propustné oblasti vyznačovat také velmi strmým přechodem do- oblasti závěrné, p-rotože se velmi často v blízkosti kmitočtů, které mají být propuštěny, nacházejí jiné potřebné signály, které však nesmí být vpuštěny do· obvodu, který je umístěn za pásmovým filtrem. Například u dvanáctikanálového kmitočtového- multiplexního telefonního -zařízení se podle doporučení CCITT nacházejí ve vzdálenosti + 175 Hz od pilotního- kmitočtu 80 kHz pro automatickou regulaci úrovně signály,- jejichž úroveň je vyšší než úroveň pilotního signálu. Tyto· signály jsou nezbytné pro- provoz systému, a pilotní sig2 nál je třeba vybrat z množství těchto signálů pomocí pásmového filtru. V důsledku toho- musí 80kHz pásmový filtr vykazovat ve vzdálenosti + 175 Hz útlum okolo 35 ažIn various communication devices and meters, filters with a very narrow relative bandwidth are often required to select a signal of a certain frequency from a mixture of frequencies. LC and RC filters are generally not suitable for this purpose, since the filter characteristics must also be characterized by a very steep transition to the shut-off area, in addition to the very narrow pass-through areas, since other signals are often needed near the frequencies to be passed. which, however, must not be allowed into the circuit located behind the bandpass filter. For example, for a 12-channel frequency-multiplex telephone equipment, CCITT recommends that signals + above the pilot level are + 175 Hz from the 80 kHz pilot frequency for automatic level control. These signals are necessary for system operation, and the pilot signal must be selected from a number of these signals by means of a bandpass filter. As a result, the 80 kHz bandpass filter must exhibit an attenuation of about 35 to about + 175 Hz

4-0 dB. Filtr s tak vysokou -strmostí a relativně úzkou šířkou pásma může být pochopitelně proveden jen jako· filtr krystalový. Dalším požadavkem na t^yOo filtry je, že parametry - filtru musí být velmi stabilní, toznamená, že v charakteristice a tlumících po-měrech nesmějí během -provozu nastat v oblasti provozních kmitočtů uvnitř zadané teplotní oblasti, popřípadě během určitého daného- času, žádné změny, které by byly způsobeny teplotou, popřípadě stárnutím.4-0 dB. Of course, a filter with such a steepness and a relatively narrow bandwidth can only be designed as a crystal filter. A further requirement for these filters is that the filter parameters must be very stable, that is, in the characteristic and damping ratios during operation, there must be no operating frequency within the specified temperature range, or during a certain time, changes that would be caused by temperature or aging.

Výše zmíněné požadavky mohou být splněny vhodným dimenzováním filtru, avšak obecně nemohou být navržené filtry přesně realizovány. Proto- je nutné brát v úvahu již během návrhu pozdější realizaci a hledat optimum mezi teoreticky nutnou šířkou pásma a praktickou realizovatelností. U známých řešení může výrobce, když musí být zajištěno- velmi úzké propustné pásmo, volit mezi dvěma možnostmi. Je možné konstruovat komplikovaný filtr z prvků, které mají relativně velkou toleranci, přičemž takovýto filtr sestává z více částí, vyžaduje množství konstrukčních prvků a krystal a vykazuje relativně velký útlum v propust216845 ném směru, na druhé straně však splňuje požadavek úzké šířky pásma. Takovýto· filtr je pochopitelně v důsledku komplikované konstrukce nákladný. Druhá možnost spočívá v použití pouze malého počtu konstrukčních prvků, ale v tomto případě se použité prvky musí vyznačovat velmi úzkými tolerancemi a vysokou jakostí, aby bylo možné mimo malého počtu prvků dosáhnout úzkého propustného pásma a odpovídajícího strmého· přechodu charakteristiky. Pochopitelně je takovýto filtr zhotoven z velmi nákladných prvků, a v důsledku toho tento filtr stojí prakticky ještě více, než filtr sestávající z většího počtu prvků.The aforementioned requirements can be met by suitable filter sizing, but generally the designed filters cannot be accurately realized. It is therefore necessary to take into account later implementation during the design and to find the optimum between the theoretically necessary bandwidth and practical feasibility. With known solutions, the manufacturer can choose between two options when a very narrow passband must be provided. It is possible to construct a complicated filter of elements having a relatively large tolerance, such a filter consisting of a plurality of parts, requiring a plurality of structural elements and a crystal, and exhibiting a relatively high attenuation in the forward direction but satisfies a narrow bandwidth requirement. Such a filter is obviously expensive due to the complicated design. The second option consists in using only a small number of structural elements, but in this case the elements used must be characterized by very narrow tolerances and high quality in order to achieve, in addition to a small number of elements, a narrow bandwidth and corresponding steep transition. Of course, such a filter is made of very expensive elements, and as a result, this filter costs virtually even more than a filter consisting of a plurality of elements.

Na druhé straně je třeba poznamenat, že u obou naposled jmenovaných řešení je útlum v propustném pásmu podstatně menší než u jiných řešení. Navržený a vyrobený filtr musí být poté naladěn a musí být nastavena předepsaná charakteristika. Přitom se nastavuje antirezonance krystalu filtru na předem vypočítanou hodnotu nebo symetricky ke středu propustné oblasti, pak se nastaví póly filtru změnou ostatních větví můstku. Tento postup nastavování poskytuje pravidelnou přenosovou charakteristiku, ale šířka pásma filtru závisí na přesnosti výroby krystalu, a proto mohou změny šířky pásma činit až liO až 20 %. V tomto případě existují divě možniositi, a sice buď použít krystal s vyšší přesností nebo zvýšit počet prvků filtru.On the other hand, it should be noted that in the latter two solutions the attenuation in the passband is significantly less than in the other solutions. The designed and manufactured filter must then be tuned and the prescribed characteristic must be set. The anti-resonance of the filter crystal is adjusted to a predetermined value or symmetrically to the center of the permeability region, then the poles of the filter are adjusted by changing the other bridge branches. This adjustment procedure provides a regular transmission characteristic, but the filter bandwidth depends on the accuracy of the crystal production, and therefore the bandwidth variations may be up to 10 to 20%. In this case, there is a wild possibility, either to use a crystal with higher precision or to increase the number of filter elements.

Tyto nevýhody jsou odstraněny u úzkopásmového filtru v můstkovém zapojení podle vynálezu, jehož podstatou je, že vstupní transformátor je laditelný a má větší šířku pásma než dvacetinásobek navržené šířky pásma krystalového filtru a ve větvi můstku obsahující krystal je v sérii s krystalem zapojen sériový kondenzátor, jehož kapacita c_L je určena rovnicí ^{Cl =} ΙδΓ ^C1 ~ ^c°’ v níž značí f změřený sériový rezonanční kmitočet krystalu,These disadvantages are eliminated with the narrowband filter in the bridge circuit according to the invention, which is based on the fact that the input transformer is tunable and has a bandwidth greater than twenty times the designed crystal filter bandwidth and a series capacitor is connected in series with the crystal. capacitance c _L is determined by the equation ^{Cl =} ΙδΓ ^C1 ~ ^c ° 'in which f denotes the measured serial resonant frequency of the crystal,

Af rozdíl mezi změřeným sériovým rezonančním kmitočtem krystalu a vypočteným spodním mezním kmitočtem filtru, c₀ paralelní kapacitu krystalu,Af the difference between the measured crystal serial resonance frequency and the calculated lower filter cutoff frequency, c ₀ parallel crystal capacity,

Ci sériovou kapacitu krystalu, a kapacita c_p paralelního kondenzátoru uspořádaného ve větvi můstku obsahující krystal paralelně se sériovým zapojením krystalu a sériového kondenzátoru je určena rovnicíCi series capacitance of the crystal, and the capacitance c _{p of the} parallel capacitor arranged in the bridge branch containing the crystal parallel to the series connection of the crystal and the series capacitor is determined by the equation

Cp θοδζ C_o, v níž c_osz paralelní kapacitu vypočteného krystalu.Cp θοδζ C _o in which c _{osz the} parallel capacity of the calculated crystal.

Vynálezem se podařilo vytvořit filtr, který sestává z malého počtu prvků o relativně velké toleranci, odpovídá s velkou přesností vypočítané charakteristice filtru a mimo relativně úzké šířky pásma o· řádové velikosti okolo 10~³ vykazuje vysoký útlum v závěrné oblasti a nízký útlum v oblasti propustné. Vynález je založen na následujících poznatcích. Podstatným prvkem krystalového filtru je sám krystal filtru, a budou-li odpovídajícím způsobem nastaveny vlastnosti filtru, bude se podle očekávání chovat i celý filtr. Bylo zjištěno, že při nasazení sériových a paralelních kondenzátorů, které se nacházejí v určitém vztahu к vlastnostem krystalu, mohou být dosaženy velmi výhodné parametry krystalu. Dále bylo· zjištěno·, že při použití Hadiitelinéhio vstupního transformátoru, jehož šířka pásma je podstatně větší, než je předepsaná hodnota propustné oblasti filtru, může útlum v propustné oblasti filtru mít minimální hodnotu.The invention has succeeded in creating a filter which consists of a small number of elements of relatively large tolerance, corresponds to the calculated filter characteristics with great precision and, apart from relatively narrow bandwidths of the order of 10 ~ ^3, shows high attenuation in the closing region and low attenuation in . The invention is based on the following findings. An essential element of the crystal filter is the filter crystal itself, and if the filter properties are set accordingly, the entire filter will also behave as expected. It has been found that by employing series and parallel capacitors which are somewhat related to crystal properties, very advantageous crystal parameters can be achieved. Furthermore, it has been found that using a Hadiiteline input transformer whose bandwidth is substantially greater than the prescribed value of the filter pass region, the attenuation in the filter pass region may have a minimum value.

Příklad provedení úzko-pásmového krystalového filtru v můstkovém zapojení podle vynálezu je zobrazen na výkresu.An exemplary embodiment of a narrowband crystal filter in a bridge circuit according to the invention is shown in the drawing.

Vstupní jednotka filtru je tvořena laditelným vstupním transformátorem 1, jehož sekundární vinutí je opatřeno středním vývodem. Vstupní svorky vstupního transformátoru 1 tvoří vstup IN obvodu. Střední vývod vstupního· transformátoru 1 představuje jednu z výstupních svorek OUT filtru. Oba konce sekundárního vinutí jsou spojeny uhlopříčkovým kondenzátorem 7. Na jeden konec sekundárního vinutí je připojen jeden konec větve můstku, která obsahuje krystalThe filter input unit consists of a tunable input transformer 1, the secondary winding of which is provided with a central outlet. The input terminals of the input transformer 1 form the input of the IN circuit. The center terminal of input transformer 1 represents one of the OUT terminals of the filter. Both ends of the secondary winding are connected by a diagonal capacitor 7. One end of the secondary winding is connected to one end of a bridge branch that contains a crystal

4, a druhý konec vinutí je připojen na jednu svorku větvového kondenzátoru 6. Druhá svorka větvového kondenzátoru 6 je spojena s druhým koncem větve můstku, která obsahuje krystal 4, a současně tvoří druho-u výstupní svorku OUT obvodu filtru. Větev můstku, která obsahuje krystal 4, sestává mimo krystalu 4 ze sériového kondenzátoru4, and the other end of the winding is connected to one terminal of the branch capacitor 6. The second terminal of the branch capacitor 6 is connected to the other end of the bridge branch which contains the crystal 4, and simultaneously forms the second terminal of the OUT circuit of the filter. The bridge branch, which contains crystal 4, consists of a series capacitor outside crystal 4

5, který je s krystalem 4 zapojen v sérii, a z pevného kondenzátoru 3 a nastavitelného kondenzátoru 2, které jsou paralelně připojeny к uvedenému sériovému zapojení a tvoří paralelní kondenzátor vůči krystalu 4.5, which is connected in series with the crystal 4 and from the fixed capacitor 3 and the adjustable capacitor 2, which are connected in parallel to said series connection and form a parallel capacitor with respect to the crystal 4.

Krystal 4 nutný pro filtr podle vynálezu se vybere tak, aby platil následující vztah mezi minimálním kmitočtem f_K katalogový údaj) krystalu 4 a vypočítaným spodním mezním kmitočtem f_A filtru:The crystal 4 necessary for the filter according to the invention is selected so that the following relationship between the minimum frequency f _{K of the} crystal 4 and the calculated lower cut-off frequency f _{A of the} filter applies:

f a — fi< — Δίκ, kde značíf a - fi <- Δίκ, where denotes

Af_K maximální přípustnou odchylku jmenovitého· kmitočtu krystalu 4 (katalogový údaj).Af _K maximum allowable deviation of nominal crystal frequency 4 (catalog data).

Vztah mezi kapacitou c_L sériového kondenzátoru 5 a měřeným sériovým rezonančním kmitočtem f krystalu 4 odpovídá následujícímu vzorci:The relation between the capacitance c _{L of the} series capacitor 5 and the measured series resonance frequency f of the crystal 4 corresponds to the following formula:

Cl _2Δί Cj с₀, kde značíCl _2Δί Cj с ₀ , where denotes

Af fд - f, c₀ paralelní kapacitu krystalu 4 (katalogový údaj)Af fд - f, c ₀ parallel crystal capacity 4 (catalog data)

Ci sériovou kapacitu krystalu 4 (katalogový údaj ]Ci Series Crystal Capacity 4 (Catalog Data)

Paralelní kondenzátor pro nastavení pólů je vytvořen z nastavitelného kondenzátoru 2, a z pevného kondenzátoru 3, který je к němu paralelně připojen. Mezi společnou kapacitou obou kondenzátoru a parametry filtru existuje následující vztahThe parallel pole adjusting capacitor is formed of an adjustable capacitor 2, and of a fixed capacitor 3 connected in parallel thereto. The following relationship exists between the common capacitance of the two capacitors and the filter parameters

Cp. C_osz C_o, kde značí c_p kapacitu paralelního kondenzátoru, která se rovná součtu kapacit pevného kondenzátoru 3 a poloviny kapacity nastavitelného kondenzátoru 2 c_Osz vypočítanou paralelní kapacitu krystalu 4 c₀ paralelní kapacitu krystalu 4 (katalogový údaj)Cp. C _osz C _o where c _p denotes the capacitor capacity of the parallel capacitor equal to the sum of the capacitances of the fixed capacitor 3 and half the capacity of the adjustable capacitor 2 c _O s the calculated parallel crystal capacity 4 c ₀ parallel crystal capacity 4 (catalog data)

Vstupní transformátor 1 je laditelný a jeho šířka pásma je nejméně dvacetkrát větší než je navrhovaná šířka pásma filtru. Póly filtru, který je zhotoven tímto způsobem, mohou být nastaveny pomocí nastavitelného kondenzátoru 2, zatímco útlum v propustném pásmu se nastaví pomocí vstupního transformátoru 1.The input transformer 1 is tunable and its bandwidth is at least twenty times greater than the proposed filter bandwidth. The poles of the filter, which is made in this way, can be adjusted by the adjustable capacitor 2, while the passband attenuation is adjusted by the input transformer 1.

Charakteristika filtru podle vynálezu odpovídá při minimálním počtu konstrukčních prvků s velkou přesností teoreticky vypočítané charakteristice filtru, i když nejsou kladeny žádné zvláštní požadavky na použitý krystal 4. Filtr má také tu výhodu, že se jeho parametry v oblasti provozních teplot v průběhu relativně dlouhé doby nemění vlivem stárnutí a teplot. Z toho· vyplývá, že filtr podle vynálezu může být vyroben podstatně levněji, než podobný filtr jiného typu.The filter characteristic according to the invention corresponds to the theoretically calculated filter characteristic with a minimum number of structural elements with great precision, although no special requirements are imposed on the crystal 4 used. The filter also has the advantage that its parameters do not change over a relatively long time. due to aging and temperatures. It follows that the filter according to the invention can be made considerably cheaper than a similar filter of another type.

Claims

1. A bridged bandpass crystal filter comprising an input transformer provided with a secondary winding with a secondary outlet, one end of the input transformer secondary winding being connected to a bridge branch containing a crystal bridged capacitor, while the other bridge branches consist of capacitors, characterized in that the input transformer (1) is tunable and has a greater bandwidth than twenty proposed bandwidth crystal filter and the bridge branches comprising a crystal (4) is in series with the crystal (4) connected in series a capacitor-r (5), the capacitance C _L is determined by the equation f in which f is the measured serial resonance frequency of the crystal (4),

Af the difference between the measured serial resonance frequency of the crystal (4) and the calculated lower cutoff frequency of the filter, c _{0 the} parallel capacity of the crystal (4),

Ci the serial capacitance of the crystal (4), and the capacitance c _{p of the} parallel capacitor arranged in the bridge branch containing the crystal (4) parallel to the serial connection of the crystal (4) and the serial capacitor (5) is determined by

Cp c _osz · c _o , in which c _{osz denotes the} parallel capacity of the calculated crystal (4).

2. A band-pass crystal filter according to claim 1, characterized in that the parallel capacitor arranged in the bridge branch containing the crystal (4) consists of a fixed capacitor (3) and an adjustable cation capacitor (2) and the capacitor capacity of the parallel capacitor is and half the capacity of the adjustable capacitor (2).