Узкополосный активный пьезоэлектрический фильтр

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции узкополосных сигналов. Улучшение температурной стабильности амплитудно-частотной характеристики фильтра достигается тем, что в узкополосный активный пьезоэлектрический фильтр, содержащий операционный усилитель (ОУ) с отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, неинвертирующий вход через пятый резистор (Р) соединен с общей шиной, первый пьезоэлектрический резонатор (ПР) соединен через первый Р с инвертирующим входом ОУ и первым выводом второго Р, второй вывод которого является входом фильтра, второй ПР соединен с третьим Р и через четвертый Р с инвертирующим входом ОУ, при этом вторые выводы первого и второго ПР соединены соответственно с первыми выводами первого и второго имитаторов реактивности (ИР), вторые выводы которых подключены к общей шине, первый и второй ИР выполнены каждый на ОУ с обратной связью, инвертирующий вход которого является первым выводом соответствующего ИР, вторым выводом которого является первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого соединена с неинвертирующим входом и через термозависимый резистивный двухполюсник с выходом ОУ в каждом из ИР. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции узкополосных сигналов.

Известен активный пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий операционный усилитель с отрицательной обратной связью, выход которого является выходом активного пьезоэлектрического фильтра, инвертирующий вход через первый резистор соединен с первым выводом первого пьезоэлектрического резонатора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого является входом активного пьезоэлектрического фильтра и через третий резистор подключен к первому выводу второго пьезоэлектрического резонатора и к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через пятый резистор - с общей шиной, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов соединены соответственно с первыми выводами первого и второго имитаторов реактивности, вторые выводы которых подключены к общей шине, узел соединения первого пьезоэлектрического резонатора с первым имитатором реактивности соединен с узлом соединения второго пьезоэлектрического резонатора со вторым имитатором реактивности.

Схема этого устройства приведена на фиг. 2. Она является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является малая температурная стабильность и амплитудно-частотной характеристики. В частности при реализации узкополосных фильтров, когда ширина полосы пропускания соизмерима с температурными уходами частот пьезоэлектрических резонаторов в интервале рабочих температур.

Задача изобретения - улучшение температурной стабильности амплитудно-частотной характеристики фильтра.

Поставленная задача решается тем, что в активном пьезоэлектрическом фильтре, содержащем операционный усилитель с отрицательной обратной связью, выход которого является выходом активного пьезоэлектрического фильтра, инвертирующий вход через первый резистор соединен с первым выводом первого пьезоэлектрического резонатора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого является входом фильтра и через третий резистор подключен к первому выводу второго пьезоэлектрического резонатора и к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через пятый резистор - с общей шиной, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов соединены соответственно с первыми выводами первого и второго имитаторов реактивности, вторые выводы имитаторов индуктивности подключены к общей шине, первый и второй имитаторы реактивности выполнены каждый на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого является первым выводом соответствующего имитатора реактивности, вторым выводом имитатора реактивности является первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого соединена с неинвертирующим входом и через термозависимый резистивный двухполюсник с выходом операционного усилителя в каждом из имитаторов реактивности.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что первый и второй имитаторы реактивности выполнены каждый на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого является первым выводом соответствующего имитатора реактивности, вторым выводом имитатора реактивности является первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя и через термозависимый двухполюсник с выходом операционного усилителя в каждом из имитаторов индуктивности.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из операционного усилителя 1 с отрицательной обратной связью 2, выход операционного усилителя является выходом фильтра, инвертирующий вход через резистор 3 соединен с первым выводом пьезоэлектрического резонатора 4 и первым выводом резистора 5, второй вывод резистора 5 является входом фильтра и соединен с первым выводом резистора 6, второй вывод резистора 6 подключен к первому выводу пьезоэлектрического резонатора 7 и первому выводу резистора 8, второй вывод резистора 8 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и через резистор 9 - с общей шиной, при этом вторые выводы резонаторов 4 и 7 соединены соответственно с первыми выводами имитаторов реактивности 10 и 11, вторые выводы которых подключены к общей шине. Имитаторы реактивности 10 и 11 выполнены на операционных усилителях 12 и 13 с отрицательной обратной связью 14 и 15 соответственно, инвертирующий вход операционного усилителя является первым выводом имитатора реактивности, вторым выводом которого является первая обкладка конденсатора 16 и 17, вторая обкладка которого соединена с неинвертирующим входом операционных усилителей 12 и 13 и через термозависимый резистивный двухполюсник 18 и 19 с выходом операционного усилителя 12 и 13 в каждом из имитаторов реактивности соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Представим устройство в виде, показанном на фиг. 3, где пьезоэлектрические резонаторы и имитаторы реактивности, включенные последовательно, заменены одним двухполюсником Q. Для доказательства эквивалентности схемы, представленной на фиг. 3 схеме прототипа (фиг. 2) запишем матрицу проводимостей с учетом обозначений и нумерации узлов (см. табл. 1).

Вычислив определители матрицы Δ₁₁ и Δ₁₆ при условии: g₃, g₄, g₅, g₆ < < g₁, g₂ g₃ = g₄, g₅ = g₆, g₁ = g₂ = g₄ получим, что передаточная функция T₁₆ имеет вид: Передаточная функция схемы, приведенной на фиг. 3 также, как и схемы, приведенной на фиг. 2, соответствует передаточной функции симметричного моста, в одной паре ветвей которого включена реактивная проводимость Q₁, а во второй Q₂. Но реактивная проводимость Q представляет собой последовательное включение пьезоэлектрического резонатора Y и имитатора реактивности с входным сопротивлением Z_вх. Определим характер сопротивления Z_вх, для этого запишем матрицу проводимостей схемы фиг. 4 (см. табл. 2), представляющей собой конвертор сопротивления.

Вычислив определители матриц Δ и Δ₁₁ получим, что: Входное сопротивление схемы фиг. 4 имеет отрицательный емкостной характер с масштабным множителем, зависящим от соотношения проводимостей g₁ и Z(t).

Известно, что подключение последовательно с пьезоэлектрическим резонатором емкости приводит к изменению его резонансной частоты. В данной схеме подключение конвертора сопротивления к пьезоэлектрическим резонаторам 4 и 7 имитирует подключение отрицательной емкости и понижает их резонансные частоты, поскольку проводимость определяется суммарной проводимостью входящих в этот двухполюсник резисторов и терморезисторов, ее величина зависит от температуры. Подбирая необходимым образом величины резонаторов и терморезисторов в двухполюснике можно добиться такого изменения входного сопротивления конвертора, которое будет компенсировать естественные температурные изменения частот пьезоэлектрических резонаторов.

Формула изобретения

Узкополосный активный пьезоэлектрический фильтр, содержащий операционный усилитель с отрицательной обратной связью, выход которого является выходом узкополосного активного пьезоэлектрического фильтра, инвертирующий вход через первый резистор соединен с первым выводом первого пьезоэлектрического резонатора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого является входом узкополосного активного пьезоэлектрического фильтра и через третий резистор подключен к первому выводу второго пьезоэлектрического резонатора и к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и через пятый резистор - с общей шиной, при этом вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов соединены соответственно с первыми выводами первого и второго имитаторов реактивности, вторые выводы которых подключены к общей шине, отличающийся тем, что первый и второй имитаторы реактивности выполнены каждый на операционном усилителе с обратной связью, инвертирующий вход которого является первым выводом соответствующего имитатора реактивности, вторым выводом которого является первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого соединена с неинвертирующим входом и через термозависимый резистивный двухполюсник - с выходом операционного усилителя в каждом из имитаторов реактивности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6