Полосовой многорезонаторный пьезоэлектрический фильтр

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции сигналов. Полосовой многорезонаторный пьезоэлектрический фильтр содержит первый трансформатор (Т) (1) с двумя обмотками, первая из которых имеет два вывода, причем первый из выводов соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторая обмотка имеет N+1 выводов, к N из которых подключена первая группа из N пьезорезонаторов (ПР), второй Т (2) с двумя обмотками, первая из которых имеет два вывода, а вторая имеет М+1 выводов, к М из которых подключена вторая группа из М ПР. Первый вывод первой обмотки второго Т (2) соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы первой группы (3), состоящей из N ПР, объединены и подключены к (N+1)-му выводу второй обмотки первого Т (1), второй вывод первой обмотки первого Т (1) через первый резистор (Р) (5) соединен с общей шиной. Вторые выводы второй группы (4) из М ПР объединены и подключены к (М+1)-му выводу второй обмотки второго Т (2). Второй вывод первой обмотки второго Т (2) через второй Р (6) соединен с общей шиной, а через третий резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя (ОУ) (7), неинвертирующий вход которого через четвертый Р (9) соединен с первым выводом второго Р (6) и через пятый Р (10) - с общей шиной. Выход ОУ (7) соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра. Технический результат: улучшение линейности фильтра. 1 ил.

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

Известен полосовой фильтр [1], содержащий два трансформатора, каждый из которых содержит две обмотки, первые обмотки трансформаторов имеют по два вывода, причем один вывод первой обмотки первого трансформатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые обмотки этих трансформаторов имеют несколько выводов (в первом трансформаторе N+1 вывод, во втором М+1 вывод), фильтр содержит две группы пьезорезонаторов (первая группа состоит из N пьезорезонаторов, вторая группа из М пьезорезонаторов).

Первые выводы первой группы пьезорезонаторов соединены с N выводами второй обмотки первого трансформатора, первые выводы второй группы пьезорезонаторов подключены к М выводам второй обмотки второго трансформатора.

Этот фильтр выбран в качестве прототипа.

Недостатком этого фильтра является то, что он не обеспечивает необходимой для современной техники связи линейности.

Задача изобретения - улучшение линейности фильтра.

Поставленная задача решается тем, что в указанном фильтре вторые выводы первой группы пьезорезонаторов объединены и подключены к (N+l)-мy выводу второй обмотки первого трансформатора, вторые выводы второй группы пьезорезонаторов объединены и подключены к (М+1)-му выводу второй обмотки второго трансформатора, первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы первых обмоток трансформаторов подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной, кроме того, в схему введен дополнительно операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, инвертирующий вход операционного усилителя через третий резистор соединен с первым выводом первого резистора, а неинвертирующий вход через четвертый резистор соединен с первым выводом второго резистора и через пятый резистор соединен с общей шиной.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что вторые выводы первой группы пьезорезонаторов объединены и подключены к (N+1)-му выводу второй обмотки первого трансформатора, вторые выводы второй группы пьезорезонаторов объединены и подключены к (М+1)-му выводу второй обмотки второго трансформатора, первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы первых обмоток трансформаторов подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с общей шиной, кроме того, в схему введен дополнительно операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, инвертирующий вход операционного усилителя через третий резистор соединен с первым выводом первого резистора, а неинвертирующий вход через четвертый резистор соединен с первым выводом второго резистора и через пятый резистор соединен с общей шиной.

При сравнении заявленного 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 состоит из первого и второго трансформаторов 1, 2, первой группы, состоящей из N пьезорезонаторов 3, подключенных по второй обмотке первого трансформатора, второй группы из М пьезорезонаторов 4, подключенных по второй обмотке второго трансформатора, первого и второго резисторов 5 и 6, первые выводы которых соединены с вторыми выводами первых обмоток трансформаторов 1 и 2, а вторые выводы резисторов соединены с общей шиной операционного усилителя 7, содержащего резистивную отрицательную обратную связь, третьего резистора 8, соединяющего инвертирующий вход операционного усилителя с первым резистором 5, четвертого резистора 9, соединяющего неинвертирующий вход операционного усилителя со вторым резистором 6, и пятого резистора 10, включенного между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной.

Устройство работает следующим образом. Первый трансформатор совместно с первым резистором образуют четырехполюсник, передаточная характеристика которого имеет следующий вид: где R_Н1 - сопротивление первого резистора, Z₁ - реактивное сопротивление, измеренное на зажимах первой обмотки первого трансформатора.

Аналогичным образом второй трансформатор совместно со вторым резистором образуют четырехполюсник с передаточной функцией где R_н2 - сопротивление второго резистора, Z₂ - реактивное сопротивление, измеренное на зажимах первой обмотки второго трансформатора.

Операционный усилитель с подключенными к нему третьим, четвертым и пятым резисторами образует алгебраический сумматор, на входы которого поступают напряжения U₁ и U₂, величины которых определяются передаточными функциями T₁ и Т₂. На выходе операционного усилителя получим (при равенстве всех резисторов, подключенных к операционному усилителю) напряжение, определяемое разностью напряжений U₁ и U₂. Передаточная функция фильтра в целом при условии, что R_н1=R_н2=R_н, будет определяться выражением Эта передаточная функция соответствует передаточной функции, симметричной мостовой цепи, содержащей в одной паре ветвей реактивных сопротивлений Z₁, во второй - Z₂ Исходная схема-прототип также реализует эту передаточную функцию. В отличие от схемы-прототипа данное устройство позволяет выбрать более легкий режим работы трансформаторов (уменьшить число витков первых обмоток трансформаторов и тем самым уменьшить интермодуляционные искажения третьего порядка), например, за счет увеличения величин первого и второго резисторов без изменения характеристики относительно затухания, коэффициента передачи и выходной нагрузки фильтра.

В настоящее время по предложенному техническому решению проведены теоретические и экспериментальные исследования, изготовлены действующие лабораторные макеты фильтров на частоту 8 кГц с полосой 15 Гц, подтверждающие возможность получения более высокой линейности фильтров по сравнению с существующими.

Источник информации 1. Босый Н.Д. Электрические фильтры, Киев, Гос. изд-во технической литературы УССР, 1960, с.348, рис.7.33б.

Формула изобретения

Полосовой многорезонаторный пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый трансформатор с двумя обмотками, первая из которых имеет два вывода, причем первый из выводов соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторая обмотка имеет N+1 вывод, первую группу, содержащую N пьезорезонаторов, первые выводы которых соединены с N выводами второй обмотки первого трансформатора, второй трансформатор с двумя обмотками, первая из которых имеет два вывода, а вторая имеет М+1 выводов, вторую группу, содержащую М пьезорезонаторов, первые выводы которых соединены с М выводами второй обмотки второго трансформатора, отличающийся тем, что первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы первой группы, состоящей из N пьезорезонаторов, объединены и подключены к (N+1)-му выводу второй обмотки первого трансформатора, второй вывод первой обмотки первого трансформатора соединен с первым резистором, второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые выводы второй группы из М пьезорезонаторов объединены и подключены к (М+1)-му выводу второй обмотки второго трансформатора, второй вывод первой обмотки второго трансформатора подключен ко второму резистору, второй вывод которого соединен с общей шиной, кроме того, в схему введен дополнительно операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого через третий резистор соединен с первым выводом первого резистора, а неинвертирующий вход операционного усилителя через четвертый резистор соединен с первым выводом второго резистора и через пятый резистор - с общей шиной, при этом выход операционного усилителя соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1