Filtro de Cristal de Quartzo: Filtro Passa-Banda
Os filtros de cristal de quartzo são frequentemente usados como filtros passa-banda de alto desempenho em receptores de rádio, onde seu desempenho é necessário para receptores de comunicação e similares.
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Tutorial sobre Cristais de Quartzo, inclui:
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Os cristais de quartzo podem ser usados para formar a base do filtro passa-banda de cristal de alto desempenho.
Esses filtros de cristal de quartzo são usados em aplicações como receptores e transmissores de rádio de alto desempenho.
Os filtros de cristal de quartzo são capazes de fornecer desempenho superior à maioria dos outros tipos de filtro e, como tal, encontram uso em uma variedade de áreas.
Hoje, os filtros de cristal de quartzo podem ser projetados com bandas de passagem que variam de frequências na região de quilohertz até muitos Megahertz – com a tecnologia mais recente, isso pode aumentar para 100 MHz e mais. No entanto, para obter o melhor desempenho e custos mais baixos, a banda passante do filtro é geralmente mantida abaixo de 30 MHz.
Parâmetros do filtro de cristal de quartzo
Existem duas áreas principais de interesse para um filtro, a banda de passagem onde ele aceita sinais e os permite passar, e a banda de parada onde os rejeita. Em um mundo ideal, um filtro teria uma resposta parecida com a mostrada abaixo. Aqui pode ser visto que há uma transição imediata entre a banda de passagem e a banda de parada. Também na banda de passagem o filtro não introduz nenhuma perda e na banda de parada nenhum sinal é permitido.
Na realidade, não é possível realizar um filtro com essas características e uma resposta típica mais parecida com a mostrada na Figura 3. É bastante óbvio pelo diagrama que existem várias diferenças. A primeira é que há alguma perda na banda passante. Em segundo lugar, a resposta não diminui infinitamente rápido. Em terceiro lugar, a atenuação da banda de parada não é infinita, embora seja muito grande. Finalmente, será notado que há alguma ondulação na banda.
Na maioria dos filtros, a atenuação na banda de passagem é normalmente relativamente pequena. Para um filtro de cristal típico, valores de 2 a 3 dB são bastante típicos. No entanto, descobriu-se que filtros de banda muito estreita, como os usados para recepção Morse, podem ser mais altos do que isso. Felizmente, é muito fácil neutralizar essa perda simplesmente adicionando um pouco de amplificação extra nos estágios de frequência intermediária e esse fator não é citado como parte da especificação do receptor.
Pode-se ver que a resposta do filtro não cai infinitamente rápido, e é necessário definir os pontos entre os quais a banda passante se encontra. Para os receptores, a banda de passagem é considerada a largura de banda entre os pontos onde a resposta caiu 6 dB, ou seja, onde está 6 dB abaixo ou -6 dB.
Uma banda de parada também é definida. Para a maioria dos filtros de receptor, isso é considerado para começar no ponto em que a resposta caiu em 60 dB, embora a especificação do filtro deva ser verificada, pois alguns filtros podem não ser tão bons. Às vezes, um filtro pode ter a banda de parada definida para uma atenuação de 50 dB em vez de 60 dB.
fator de forma
Pode-se observar que é muito importante para o filtro atingir seu nível final de rejeição o mais rápido possível uma vez fora da banda passante. Em outras palavras, a resposta deve cair o mais rápido possível. Para medir isso, um valor conhecido como fator de forma é usado. Isso é simplesmente uma razão entre as larguras de banda da banda de passagem e da banda de parada. Assim, um filtro com uma banda passante de 3 kHz a -6dB e um valor de 6 kHz a -60 dB para a banda de parada teria um fator de forma de 2:1. Para que esta figura tenha um significado real, as duas figuras de atenuação também devem ser citadas. Como resultado, a especificação completa do fator de forma deve ser 2:1 a 6/60 dB.
Parâmetros de design do filtro de cristal de quartzo
Quando um filtro de cristal de quartzo é projetado, fatores como impedância de entrada e saída, bem como largura de banda, cristal Q e muitos outros fatores precisam ser levados em consideração.
Alguns dos principais fatores são obviamente a largura de banda, o fato da forma e o corte final. Embora seja uma simplificação, esses fatores dependem do número de pólos (equivalente ao número de cristais), seu valor Q e suas frequências individuais.
Outros fatores, como a largura de banda máxima que pode ser alcançada, são controlados pela impedância do filtro e também pelas respostas espúrias que estão presentes nos elementos individuais de cristal de quartzo. A localização das respostas importantes para os filtros de cristal de quartzo pode ser controlada pelo tamanho das placas depositadas nos cristais. Ao torná-los menores, as respostas também se tornam menos críticas. O lado negativo disso é que a impedância do filtro geral de cristal de quartzo aumenta. Isso significa que o filtro de cristal de quartzo precisará de transformadores de impedância na entrada e na saída. Obviamente, isso precisa ser evitado se possível, mas para filtros de banda larga geralmente é a única opção.
Os filtros de cristal de quartzo são capazes de fornecer níveis de desempenho que a maioria das outras formas de filtro passa-banda não consegue alcançar. No entanto, seu uso tende a ser limitado a aplicações profissionais e semi-profissionais. Receptores e transmissores de rádio de alto desempenho, nos quais a seletividade é de suma importância, são os principais usos desses filtros.
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