Активный широкополосный пьезоэлектрический фильтр

 

Изобретение относится к электронике, может быть использовано в технике связи в измерительной технике. Задача, решаемая изобретением, -упрощение фильтра. Фильтр содержит две параллельные секции 1,2, входы которых соединены и являются входом фильтра, а выход каждой секции подключен соответственно к первому и второму входам сумматора 3, выход которого является выходом фильтра. При этом каждая секция содержит два операционных усилителя 4,5 с отрицательной обратной связью, пьезоэлектрический резонатор 8,конденсатор 9, инвертирующий вход первого операционного усилителя 4 и через первый резистор 10 соединен с входом секции, а выход первого операционного усилителя 4 через второй резистор 11 соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя 5, пьезоэлектрический резонатор 8 первым выводом соединен с входом секции, а вторым выводом - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 4 через третий резистор 12 - с общей шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 5 первой секции 1 через конденсатор 9 подключен к выходу первого операционного усилителя 4 первой секции и через четвертый резистор 13 соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя 5 второй секции 2 через четвертый резистор 13 соединен с выходом первого операционного усилителя 4 второй секции и через конденсатор 9 с общей шиной, сумматор 3 построен на пятом, шестом и седьмом резисторах 14,15,16, причем выходы секций соединены с первыми выводами пятого и шестого резисторов 14,15, вторые выводы пятого и шестого резисторов 14,15, соединены и подключены к первому выводу седьмого резистора 16 и выходу сумматора 4, а второй вывод седьмого резистора 16 соединен с общей шиной. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в технике связи и измерительной технике.

Известны схемы широкополосных фильтров, включающие резонаторы, конденсаторы и катушки индуктивности [1] К недостаткам этих схем относятся потери в катушках индуктивности.

Наиболее близким по технической сущности является активный полосовой пьезоэлектрический фильтр [2] состоящий из подключенных к алгебраическому сумматору двух параллельных каналов, каждый из которых содержит пьезоэлектрический резонатор, первый операционный усилитель, последовательно соединенные второй операционный усилитель и конденсатор, а также цепь отрицательной обратной связи, включенную между выходом канала и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, при этом пьезоэлектрический резонатор включен параллельно инвертирующему входу первого операционного усилителя.

Недостатком известного устройства является его сложность, в частности большое количество используемых операционных усилителей (пять).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение фильтра.

Решение задачи достигается тем, что в активном широкополосном пьезоэлектрическом фильтре, содержащем две параллельные секции, входы которых соединены и являются входом фильтра, а выход каждой секции подключен соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом фильтра, при этом каждая секция содержит два операционных усилителя с отрицательной обратной связью, пьезоэлектрический резистор, конденсатор и резисторы, инвертирующий вход первого операционного усилителя через первый резонатор соединен с входом секции, а выход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, вводится соединение первого вывода пьезоэлектрического резонатора с входом секции, а второго вывода с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через третий резистор с общей шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя первой секции через конденсатор подключен к выходу первого операционного усилителя первой секции и через четвертый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя второй секции через четвертый резистор соединен с выходом первого операционного усилителя второй секции и через конденсатор с общей шиной, при этом сумматор выполнен на пятом, шестом и седьмом резисторах, причем выходы секций соединяются с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы пятого и шестого резисторов соединены и подключены к первому выводу седьмого резистора и к выходу сумматора, а второй вывод седьмого резистора соединен с общей шиной.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства.

Устройство состоит из двух параллельных секций 1 и 2, сумматора 3. Каждая секция содержит два операционных усилителя 4 и 5 с отрицательными обратными связями 6 и 7, пьезоэлектрический резонатор 8, конденсатор 9, инвертирующий вход операционного усилителя 4 через резистор 10 соединен с входом секций, а выход операционного усилителя 4 через резистор 11 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 5, пьезоэлектрический резонатор 8 первым выводом соединен с входом секции, а вторым выводом с неинвертирующим входом операционного усилителя 4 и через резистор 12 с общей шиной, неинвертирующий вход операционного усилителя 5 секции 1 через конденсатор 9 подключен к выходу операционного усилителя 4 секции 1 и через резистор 13 соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход операционного усилителя 5 секции 2 через резистор 13 соединен с выходом операционного усилителя 4 секции 2 и через конденсатор 9 с общей шиной, сумматор построен на резисторах 14, 15 и 16, причем выходы секций 1 и 2 соединяются с первыми выводами резисторов 14 и 15, соответственно вторые выводы резисторов 14 и 15 объединены и подключены к первому выводу резистора 16 и к выходу сумматора 3, а второй вывод резистора 16 соединен с общей шиной.

Фильтр работает следующим образом.

Сигнал величиной Е поступает на входную клемму и далее на входы секций 1 и 2. В каждой секции входной сигнал проходит через два последовательно включенных фазовых контура. Первый фазовый контур третьего порядка выполнен на операционном усилителе 4, резонаторе 8 с проводимостью ϕ₁ и резисторах 6, 10 и 12. Второй фазовый контур выполнен на операционном усилителе 5, конденсаторе 9 и резисторах 7, 11, 13. Для определения передаточных функций первого и второго фазовых контуров, входящих в каждую секцию, воспользуемся вспомогательной схемой, приведенной на фиг.2.

Выражение для передаточной функции Т_а имеет следующий вид: T_a= где g_н проводимость нагрузки эквивалентного фазового контура четвертого порядка.

Передаточная функция секции 2 Т_в также представляет собой фазовый контур четвертого порядка с реактивной проводимостью и нагрузочной проводимостью g_н. Она отличается от передаточной функции первой секции численными значениями коэффициентов проводимости Υ_в и знаком, поскольку включение конденсатора 9 и резистора 13 изменено по сравнению с секцией 1. Таким образом T_в= Выходное напряжение секции 1 на первом выводе резистора 14 сумматора составит величину U₁ E^.T_a, а секции 2 на первом выводе резистора 15: U₂ E^.T_в.

Выходное напряжение сумматора, равное сумме напряжений U₁ и U₂, составит величину U_вых. К_о(U₁ + U₂). где К_о коэффициент передачи пассивного сумматора 3 (резисторы 14 и 15 выбраны равными).

Передаточная функция устройства в целом T_р= K_o + K- = K_o что соответствует передаточной функции симметричного мостового четырехполюсника с реактивными проводимостями Υ_a и Υ_в в соответствующих его ветвях. При этом проводимости Υ_a и Υ_в по сравнению с проводимостями пьезорезонаторов первой и второй секции имеют на одну резонансную частоту больше.

Передаточной функцией секции Т_а можно воспользоваться для оценки относительной ширины полосы пропускания, которая может быть реализована в данном устройстве. Так, например, при использовании кварцевого резонатора на частоту 100 кГц с емкостным коэффициентом R 400, разнос частот составит f₂-f₁= f_o/ 10⁵/20= 5000 Гц, в то время как собственный частотный промежуток кварцевого резонатора составляет 500 Гц.

Устройство работает как широкополосный фильтр, эквивалентный симметричному мостовому пьезоэлектрическому фильтру с подключенными к пьезорезонаторам параллельными (либо последовательными) расширительными катушками индуктивности, а также может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах высокого уровня, как полосовой фильтр основной селекции при передаче сигналов, занимающих полосу частот до 5-7% Возможно использование устройства в электрорадиоизмерительных приборах с целью улучшения селективности и повышения точности производимых измерений.

Формула изобретения

АКТИВНЫЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР, содержащий две параллельные секции, входы которых соединены и являются входом фильтра, а выход каждой секции подключен соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом фильтра, при этом каждая секция содержит два операционных усилителя с отрицательной обратной связью, пьезоэлектрический резонатор, конденсатор и резисторы, инвертирующий вход первого операционного усилителя через первый резистор соединен с входом секции, а выход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, отличающийся тем, что пьезоэлектрический резонатор первым выводом соединен с входом секции, а вторым выводом с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через третий резистор с общей шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя первой секции через конденсатор подключен к выходу первого операционного усилителя первой секции и через четвертый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя второй секции через четвертый резистор соединен с выходом первого операционного усилителя второй секции и через конденсатор с общей шиной, при этом сумматор выполнен на пятом, шестом и седьмом резисторах, причем выходы секций соединяются с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы пятого и шестого резисторов соединены и подключены к первому выводу седьмого резистора и выходу сумматора, а второй вывод седьмого резистора соединен с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2