Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов. Фильтр (Ф) содержит первый и второй резисторы (Р)(1,2), первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме Ф, две идентичные по структуре секции (8,9), каждая из которых содержит операционные усилителя (ОУ) (10,11,13), первый и второй пьезорезонаторы (ПР) (15,16). Первый ПР(15) включен между выходом ОУ(10) и входом ОУ(13), в цепи обратной связи (ПС) которого включен конденсатор (14). Кроме того, Ф содержит сумматор (3), выполненный на ОУ(4) с отрицательной ОС, третий, четвертый и пятый Р(5,6,7). При этом выход ОУ(13) через второй ПР(16) подключен к инвертирующему входу ОУ(11), выход которого через шестой Р(12) соединен с инвертирующим входом ОУ(10), выход которого в первой секции подключен к первому входу сумматора (3), а во второй секции подключен ко второму входу сумматора (3). Технический результат: повышение устойчивости при изменении параметров. 1 ил.

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

Известен активный полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме фильтра, две идентичные по структуре секции, каждая из которых содержит первый и второй операционные усилители с отрицательными обратными связями, первый и второй пьезорезонаторы, при этом первый пьезорезонатор одним из выводов подключен к выходу первого операционного усилителя, кроме того фильтр содержит сумматор, выполненный на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, между первым входом сумматора и инвертирующим входом операционного усилителя включен третий резистор, а между вторым входом сумматора и неинвертирующим входом операционного усилителя включен четвертый резистор, неинвертирующий вход операционного усилителя через пятый резистор соединен с общей шиной, а выход операционного усилителя, являющийся выходом сумматора, соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра.

Схема этого устройства является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является низкая устойчивость. Самовозбуждение схемы особенно часто проявляется при отработке фильтров с относительными полосами пропускания от 0,5% до 2%.

Задача изобретения - повышение устойчивости работы фильтра.

Поставленная задача решается тем, что второй вывод первого резистора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя первой секции, а второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя второй секции, в каждой из секций дополнительно введен третий операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен конденсатор, при этом инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко второму выводу первого пьезорезонатора, а его выход к первому выводу второго пьезорезонатора, второй вывод второго пьезорезонатора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого через шестой резистор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, кроме того, выход первого операционного усилителя первой секции подключен к первому входу сумматора, а выход первого операционного усилителя второй секции подключен ко второму входу сумматора.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что второй вывод первого резистора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя первой секции, а второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя второй секции, в каждой из секций дополнительно введен третий операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен конденсатор, при этом инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко второму выводу первого пьезорезонатора, а его выход к первому выводу второго пьезорезонатора, второй вывод второго пьезорезонатора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а выход второго операционного усилителя через шестой резистор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, кроме того, выход первого операционного усилителя первой секции подключен к первому входу сумматора, а выход первого операционного усилителя второй секции подключен ко второму входу сумматора. Поэтому заданное техническое решение отвечает критерию "новизна".

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 чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит первый и второй резисторы 1 и 2, суматор 3, выполненный на операционом усилителе 4 с отрицательной обратной связью, причем инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя через третий и четвертый резисторы 5 и 6 соединены с первым и вторым входами сумматора, а неинвертирующий вход операционного усилителя через пятый резистор 7 соединен с общей шиной. Устройство содержит также две одинаковые по структуре секции 8 и 9, каждая из которых содержит первый и второй операционные усилители с отрицательными обратными связями 10 и 11, при этом выход второго операционного усилителя через шестой резистор 12 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, дополнительно введенный третий операционный усилитель 13, инвертирующий вход которого через конденсатор 14 соединен с его выходом, и через первый пьезорезонатор 15 соединен с выходом первого операционного усилителя, выход третьего операционного усилителя через второй пьезорезонатор 16 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя 11. Первые выводы резисторов 1-2 соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые их выводы соединены с инвертирующими входами первых операционных усилителей первой и второй секций соответственно.

Выход первого операционного усилителя первой секции подключен к первому входу сумматора, выход первого операционного усилителя второй секции подключен ко второму входу сумматора, выход сумматора является выходом фильтра.

Устройство работает следующим образом: Передаточная функция цепи, состоящей из первого резистора и первой секции, от потенциального входа фильтра до первого входа сумматора будет определяться выражением: где g₁ - проводимость первого резистора; g₂ - проводимость резистора в цепи отрицательной обратной связи первого операционного усилителя; g₃ - проводимость резистора, соединяющего выход второго операционного усилителя со входом первого операционного усилителя; g₅ - проводимость резистора в цепи отрицательной обратной связи второго операционного усилителя; рС₄ - операторная проводимость конденсатора в цепи отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя.

Y₁ и Y₂ - проводимости первого и второго пьезорезонаторов соответственно.

При условии, что g₁= g₂=g₃, g₅=g_н, передаточная функция Т_A может быть представлена в виде: где - некоторая реактивная проводимость, резонансные частоты которой определяются частотами первого и второго пьезорезонаторов, а амплитуда - величиной емкости С₄ и отношением проводимостей g₃/g₁ и g₂/g₁.

Аналогичным образом может быть представлена передаточная функция Т_B, характеризующая передачу напряжения от входа фильтра через вторую секцию на второй вход сумматора.

На выходе сумматора получим разность напряжений, действующих на его входах, и, следовательно, результирующая передаточная функция фильтра в целом будет определяться выражением:

здесь k - коэффициент передачи сумматора.

Данная передаточная функция соответствует передаточной функции симметричного мостового четырехполюсника, в одной паре ветвей которого включена реактивная проводимость Y_A, в другой - Y_b, нагруженного на активную нагрузку с проводимостью g_н.

Таким образом, предложенное устройство позволяет реализовать фильтр с относительной полосой пропускания до 2%. В соответствии с критерием Гурвица схема является абсолютно устойчивой, позволяет проводить изменение емкости ₄ и входящих в нее резисторов в широких пределах.

Источник информации
1. Патент РФ 1627053 от 1.11.1993г. "Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр". Авторы: Ясинский И.М., Звягинцев И.В.

Формула изобретения

Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме фильтра, две идентичные по структуре секции, каждая из которых содержит первый и второй операционные усилители с отрицательными обратными связями, первый и второй пьезорезонаторы, при этом первый пьезорезонатор одним из выводов подключен к выходу первого операционного усилителя, кроме того, фильтр содержит сумматор, выполненный на операционном усилителе с отрицательной обратной связью, между первым входом сумматора и инвертирующим входом операционного усилителя включен третий резистор, а между вторым входом сумматора и неинвертирующим входом операционного усилителя включен четвертый резистор, неинвертирующий вход операционного усилителя через пятый резистор соединен с общей шиной, а выход операционного усилителя, являющийся выходом сумматора, соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, отличающийся тем, что второй вывод первого резистора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя первой секции, а второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя второй секции, в каждой из секций дополнительно введен третий операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен конденсатор, при этом инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен ко второму выводу первого пьезорезонатора, а его выход - к первому выводу второго пьезорезонатора, второй вывод второго пьезорезонатора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого через шестой резистор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, кроме того выход первого операционного усилителя первой секции подключен к первому входу сумматора, а выход первого операционного усилителя второй секции подключен ко второму входу сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1