Нелинейность пьезокерамического фильтра?

[Сергей из Киева]

В своих экспериментах столкнулся со следующим эффектом. Хотел измерить коэффициент нелинейных искажений амплитудного детектора. Для этого собрал небольшую схему: на входе - пьезокерамический фильтр ФП1П-061 (465 кГц от советского вещательного радиоприёмника), к выходу которого и был подключен активный амплитудный детектор (постоянное входное сопротивление, согласованное в выходом фильтра, и пр.). Так вот, при уровне входного сигнала до 100 мВ (действующее значение) коэффициент гармоник был еще приемлемым (менее 3%), но с повышением уровня сигнала он стал резко нарастать, чего без фильтра не наблюдается (скорее наоборот). Я пришёл к выводу, что на сильном сигнале пьезокерамический фильтр превращается в нелинейный элемент. Кто-нибудь сталкивался с такой проблемой? Существует ли понятие "максимально допустимый уровень сигнала" для пьезокерамических и кварцевых фильтров? Ведь поставь я вместо пьезокерамического фильтра ФСС на контурах - проблем бы, скорее всего, не было бы...

[Anvar]

Я пришёл к выводу, что на сильном сигнале пьезокерамический фильтр превращается в нелинейный элемент. Кто-нибудь сталкивался с такой проблемой? Существует ли понятие "максимально допустимый уровень сигнала" для пьезокерамических и кварцевых фильтров? Ведь поставь я вместо пьезокерамического фильтра ФСС на контурах - проблем бы, скорее всего, не было бы...
Совершенно верно, эта явление давно известно. Дело в том, что пьезокерамика является сегнетоэлектриком, то есть, обладает теми же свойствами для электрического поля, что и ферромагнетик для магнитного. Поэтому в англоязычной литературе так и называется - ферроэлектрик. Такая же кривая поляризации, как и намагничивания, петля гистерезиса, доменная структура, высокая диэлектрическая проницаемость, высокий коэффициент электромеханической связи и так далее. Поэтому увеличение линейности достигается увеличением размеров пьезокерамических пластин.
Кварц, лангасит, лантганат и другие кристаллы является пьезоэлектриком, у него нет доменной структуры, коэффициент электромеханической связи небольшой (7% у кварца, 20% у лангасита), однако ему также присуща нелинейность, как любому колеблющемуся телу, поскольку дифференциальное уравнение, описывающее колебания твёрдых тел, имеет 4 порядок и это вызывает нелинейность. Её хорошо можно наблюдать на колебаниях струны у гитары, когда обертоны идут выше и не строят. Для кварцев и фильтров обязательно указывают уровни мощности и нелинейность 3 порядка в технических условиях.

[Vadim]

. Для этого собрал небольшую схему: на входе - пьезокерамический фильтр ФП1П-061 (465 кГц от советского вещательного радиоприёмника), ..

Вообще, не советую связываться с этими фильтрами - их качество очень низкое..., лучше возьмите современные из любого телефона или приемника на 455кгц.

[AlexanderT]

ошибка.прошу удалить.

[neorganic]

To Сергей из Киева: а фильтр у Вас был согласован по входу и выходу?

To Anvar: нелинейность прежде всего зависит от напряженности поля в кристалле (с очень большими показателями), поэтому тут важна, прежде всего, толщина.
"Такая же кривая поляризации..." - это не совсем так, поскольку механизм эффекта у ферромагнетиков и сегнетоэлектриков сильно разный. И общность обнаруживается только на уровне кооперативных действий в системе.
"присуща нелинейность, как любому колеблющемуся телу" - дело там нев колебания пластинки или струны, там механические силы зависят нелинейно от поля, которое прикладывается к кристаллу. Всегда можно подобрать форму користалла и вид электродов для возбуждения колебаний - и система будет обладать минимальным уровнем "призвуков" - ну с учетом, конечно, того, что существуют квантовые эффекты. Да еще и само тело как резонатор будет фильтровать. Но нелинейность, обусловленную квантовыми эффектами в твердом теле, обойти нельзя.

[Сергей из Киева]

Спасибо вам, Anvar, за квалифицированный ответ. Лишь только начав его читать вспомнил, что проходил это в КПИ. Скоро двадцать лет как его закончил, и всякий раз, когда сталкиваюсь с какой-нибудь технической проблемой, жалею, что будучи студентом находил время на что угодно: футбол, девушек, кучу разных хобби, женился еще будучи студентом, а надо было УЧИТЬСЯ. И не выбрасывать потом свои конспекты, а хранить их - как хранят раритетные книги...

Фильтр был согласован по входу и выходу...