SJ Z 9156 87 滤波晶体元件寄生谐振的频 率和等效电阻的测量方法

 

中华人民共和国电子工业推荐性部标准

  滤波晶体元件寄生谐振的频

  率和等效电阻的测量方法

Methods for the measurement of frequenc

  and equivalent resistance of unwanted

     resonances of filter crystal units

SJ/Z 9156-87

IEC 283(1908)

范围

  本标准规定了两种测量滤波晶体元件寄生响应的频率和强度的方法。这两种方法都是使用测量电桥，在离开主谐振或任一寄生谐振的某一频率下平衡并电容。

    寄生响应的强度是以传输寄生谐振频率时出现的最大输出电压表示的。

    按照第一种方法，负载电容和终端阻抗是规定的。主谐振和寄生谐振的强度用电桥的输出电压相对于被测晶体元件短路时电桥输出电平之差表示。由第一种方法发展而来的第二种方法，所选择的电桥负载电阻要小，并对每一频率范围都有规定的值。

    为了确定寄生响应的强度，除了电桥离开各谐振响应的初始平衡以外，还要在对称于寄生响应的两个频率F使电桥再次平衡。根据以上两个频率时的电乎与寄生谐振频率时之差计算寄生响应的等效电阻。

  第二种方法比第一种方法需要更多的测量时间，但能获得准确的测量结果。

  推荐第一种方法为基本方法，第二种方法为基准方法。

    第1章  滤波晶体元件寄生谐振的基本测量方法

1引言

    本标准规定了检测晶体元件寄生谐振的方法以及测量这些频率下的响应大小或响应偏差的方法。

    所用的测量方案是给标准电桥供给连续可调频率，并在各晶体元件规定的频率范围内观测其传输响应。

    标准电桥是由桥接线圈为两个桥臂，以及单个被测晶体元件和平衡电容器为另外两臂组成。该电桥相当于一个有适当的端接阻抗，具有最宽可能频带的窄带晶体滤波器。这个频带与晶体元件的谐振频率并不等同。

    在各个晶体元件规定的频率范围内，连续指示电桥的不平衡输出，以便可从通常平滑的传输特性检测不规则性，这些不规则性是由试验晶体元件的寄生谐振造成的。  

    传输响应偏差的大小可用下述任一响应表示．

    _)微分响应：用dB表示的寄生响应附近特性曲线转折点之间的电平差（见图2）。

    b)绝对响应：用dB表示的晶体元件短路和不短路时寄生谐振频率下的传输电平之差（见图2）。

2测量电路

    探测和测量寄生谐振的电路由一个信号源，一个衰减器，一个电桥，端接电阻和一个检测器或其等效仪表组成，其连接情况如图1所示。

Z.1对信号源的要求

    在被测晶体元件标称串联频率±lo%的频率范围内，边带至少应下降80dB。输出信号频率的谐波和检测器的选择性应该使谐波电乎至少比检测元件上的基波电平低60dB。如果需要，可以用谐波抑制滤波器。

2.2对检测器的要求

    和所信号源一起，检测器的灵敏度应能检测比晶体元件短路时的输出电平低85dB的电桥输出电平。微分灵敏度应能观测输入电平0.ldB的变化。

    对输入电容和电阻的要求，分别见2.8和2.4条。

2.3对电桥电路的要求

2.8.1平衡

    当用一个优质空气电容器代替晶体届件时，在整个扫描频率范围内，无需迸一步调整电桥就能平衡到3.12条所规定的程度。

2.3.2对直接电容的要求

    两个导体间的直接电容等于由两个导体间的电压在其中一个导体上所产生的电荷除以该电压，将这两个导体都连接到电容电桥的测量端就能测出直接电容，将其它所有导体都连接到电桥的中心位置（中性点，以便在测量结果中排除它们的影响。

    一个导体的接地电容是其它所有导体都接地时该导体对地的电容。

两点间的直接电容 （见图1）	条    件	要(pF)求
D和C		最大值为l
D和A	最小时	最大值为3.7
D和B	和开路，接上检测器并供给信号	8±l

    在A点和C点断开变压器T，将使直接电容的测量变得更方便。

    通过测量点D的接地电容，点D和A之间的直接电容以及点D和c之间的直接电容,计算出如下差值

   ……………………(1)

    就可确定点D和B之间的直接电容。

2.4对端接电阻器的要求   

    端接电阻器的值是根据规定电桥电路等效网络的合适终端负载确定的。检测器的输入电阻可以是的一部分。

其值等于下面两个中较小的一个”

=或220000………………（2）

    =被测晶体元件的标称串联谐振频率，其单位为kHz

    = +，这里为被测晶体元件以pF为单位的并电容，为外加电容;

    =点B．和D之间以pF为单位的直接电容，其值介于7～9 pF（见2.3.2条）。

    端接电阻器的阻值最好选用标准值，其允许偏差为±5%，’端接电容器的旁路电容不得超过lpF。

8测量方法

    调整信号源的输出电平，使加在被测晶体元件上的电平不超过在规定工作条件下的最大激励电平。首先平衡掉晶体元件的静电容，然后在整个额率范围内扫描，观测电桥输出，从而测量寄生谐振。

    注：测量应在静态条件下进行；但只要确定了频率扫描与静态方法之间适当的相互关系。射频率扫描将是容许的．

8.1  初始平衡

8.1.1为了使初始平衡主要体现晶体元件的并电容平衡，初始平衡频率应该离标称串联谐振频率足够远。

    平衡频率的选择通常应使扫描频率位于平衡频率每侧的一个倍频程内。

3.1.2初始平衡值是在平衡频率下将晶体元件短路和不短路时实测电平之差的分贝数。

    初始平衡应该是下列情况之一，

    a)绝对响应至少应比被测晶体元件的规定极限大20dB。

    b)微分响应至少应比在寄生响应频率处无寄生响应时的平滑的曲线上的电平高20dB。

    c)如果对晶体元件的绝对响应和微分响应的要求都已有规定，则以上述a）和b）中较大者为准。

3.2绝对响应的测量完成初始平衡。

    调整信号频率，使在寄生谐振时传输最大。

    记下检测器纷定偏转时的衰破器的调定值。

    短路最体元件，调整衰减器，使检测器偏转与短路前的相同。以分贝数表示的衰减器两次调定值之左就是绝对响应。

3.3微分响应的测量

    完成初始平衡。

    调整频率到寄生响应的峰点。记下检测器给定偏转时衰减器的调定值。缓慢调整频率到同一寄生响应的波谷，重新调整衰减器，使检测器的偏转和寄生响应峰点时的偏转相同。以分贝数表示的衰减器两次调定值之差就是微分响应。

——终端电阻，见2.4条，

——3.5pF的固定电容器，仅当晶体元件的口。小于3,SpF时才使用-

——3.5～50PF的低耗可调空气电容器（带陶瓷绝缘子）可调性I最小电容时    为O.002pF,最大电容时为0.015pF；

R——衰减器的匹配电阻；

T——变压器，为了使初级线圈的阻抗与表战器匹配，其次级线圈的阻抗应小于

    ／5，

推荐值（举例）: R----75 5%

初级阻抗: 75

次级阻抗: 110

次级线圈平衡: >30dB

在整个使用的．频率范围内变压器的表耗变化l >0.6dB

图l电路图

图2微分响应和绝对响应的示意图

频率(Hz)

第2章    滤波晶体元件寄生响应的频率和等效

    电阻的基准测量方法

1测量原理

    将被测晶体元件接入测量电桥，用一个小电阻与电桥的输出端并接。平衡掉晶体元件的并电容，并在所测试的整个频率范围内改变频率。对于这一范围内所遇到的寄生响应，其频率是作为电桥不平衡输出呈现最大值时的频率而被测定的。

  根据寄生响应附近电桥不平衡输出的最大和最小值之差可以计算等效电阻。

2测量电路见图3。

2.1信号源

    在信号源所调频率的两侧的10%内，所调频率以外的总输出电平至少应比主输出电平低80dB。在检测元件处测量时，信号源所调频率的任何谐波的输出电平至少应比基频电平低6dB。如果需要，可以用谐波抑制滤波器。

2.2检测器

    与信号源一起使用时，其灵敏度应该能检测到．

    ——输入电平ldB的变化

    ——比用一个等于100R的．电阻器代替晶体元件时所得到的电平低45dB的电桥输出电平（R等于终端电阻器的值）。

    输入阻抗的绝对值不得小于30R。

    关于选择性，见81条。．

2.8．电桥电路

    电桥电路应满足下列试验：

    ——用一个质地优良，电容量适当的电容器代替晶体元件。按照第2章3.1条完成初始平衡。在规定的频率范围霸描，并观测不平衡输出电压，其变化不得大于10dB。

    注：也可用导通导纳电桥，但必须事先确定它与上述电桥电路的相互关系。

2.4端接电阻器R

    端接电阻器R的阻值应比平衡阻抗的阻抗绝对值小得多。

    实用值为：

    频率低于100kHz时R=3800

    频率介于100kHz和1MHz之间时R=330

    频率介于1MHz和10MHz之间时R=33

    频率介于10MHz和100MHz之问时R=10

    允许偏差为5%。

2.5负载电阻器

    负载电阻器应该与信号源以及连接电缆的特性阻抗相匹配：

3测量方法  

3.1初始平衡

    调整信号源的输出电平，使得在试验频率范围内的任一频率下，都不超过被测晶体元件此项测量所规定的最大激励电平。

    将频率调整到远离主谐振频率和任何寄生模式的某一频率。但这一频率应使扫频范围在其每侧的倍频程内。

    记下检测器由于终端电阻器B两端残留不平衡输出电压所产生的偏转值，而后调整衰减器，使检测器达到同一读数。衰减值应不小于85dB。

3.2响应的测量

  在规定的频率范围扫描，当检测到某一寄生谐振时重新调整电桥平衡，使在最大输出的两侧产生一不平衡输出，它至少应比寄生响应峰点的最大输出小20dB。

    然后将频率调整到寄生谐振的峰点，并记下检测器的读数。调整衰减器使检测器达到同一读数。

    于是，寄生模式的等效电阻是   

………………(3)

    这里嚣是以dB表示的衰减器读数。

3.3例行测量

    当必须测量一系列相同的晶体元件时，平衡电容器a，可以用一个串联谐振频率和动态电感极其接近标称值的基准晶体元件代替。在扫描频率范围内，该基准晶体元件应该设有寄生模式。

于是，不平衡输出是寄生响应等效电阻的一个直接量度，丽电桥输出电压可以作为频率的函数记录下来。

图3  用基准方法测量滤成晶体元件寄生谐振的频率和等效电阻的电路  

附录A

测量滤波器晶体元件寄生响应的频率

和等效电阻基准方法的说明

    有寄生谐振的晶体元件可以用（n+1）个而不是一个动态支路（是主模支路）的等效电路表示。

    补偿掉并电容，并在一定范围内改变加到测量电路的信号频率，就能确定这一频率范围内每一寄生模的谐振频率。根据寄生谐振附近晶体元件阻抗的最小和最大测量值之差求出等效电阻值。

  在第2章第2条所述的电路图中，电阻分量和电抗分量是分别通过电位器和电容器以及达到平衡的。   

  这里示出一个简化的电路图，用导纳Y表示其可变部分。

    电阻器与射频信号源匹配。电桥的输出由一个低阻值的终端电阻器B分路。频率变化时，连续指示处不平衡输出。

    频率特性的不规则性是试验晶体元件的寄生谐振造成的。利用衰减器测定电桥不平衡输出电压和相应的输入电压比值。

    对于初始平衡，导纳Y近似等于。应该选择靖接电阻器R的值比1/小得多，因而在不平衡的情况下，实际上所有电流都将通过晶体元件和端接电阻器。这就表示在具有等效电阻如的寄生谐振时，下面的方程是正确的．

或者，    当》R，》时，

    只有当寄生模的等效电阻比负载电阻大得多时，使用电桥才能具有足够的准确度。

为了准确地测量，应该在导纳圆的相交点上平衡电桥。因此，最大导纳两侧的最小值是相等的。只要寄生模的导纳圆精确地位于主谐振的导纳圆上（见下图），就可能以足够的准确度测量该寄生模的动态电阻。

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