Широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство



Широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство
Широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство

 


Владельцы патента RU 2296418:

Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения (RU)

Изобретение относится к радиоэлектронике для использования в радиоприемных устройствах при обработке сигналов, а также в измерительной технике. Технический результат заключается в расширении полосы пропускания и построении фильтров в многоканальном исполнении «один вход - N+1 выход». Устройство (фиг.2) содержит алгебраический сумматор на операционном усилителе (ОУ) (1) с резистивной (2) отрицательной обратной связью (ООС), с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам резисторами (Р) (3, 4), Р (5) включен между неинвертирующим входом ОУ (1) и общей шиной, пьезорезонаторы (ПР) (6, 7), первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы ПР (6, 7) через Р (8, 9) с входами инвертирующих ОУ (10, 11), каждый из которых охвачен резистивной (12, 13) ООС, выходы ОУ (10, 11) подключены к вторым выводам Р (3, 4) соответственно. Введен последовательный LC (15, 16) колебательный контур (14), подключенный к выходу ОУ (1), второй вывод LC контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через Р (17) с общей шиной. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоприемных устройствах при обработке сигналов, а также в измерительной технике в качестве многоканального фильтра.

Известен ряд фильтрующих устройств, в частности одно из них представлено на фиг.1 [1]. Устройство содержит алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства, при этом к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого является первым входом сумматора, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключены второй и третий резисторы, второй вывод второго резистора является вторым входом сумматора, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, кроме того устройство содержит второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, между входом устройства и входом второго операционного усилителя, а также между входом устройства и входом третьего операционного усилителя включаются один или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.

Данное устройство позволяет реализовать многоканальный фильтр с достаточно высокими требованиями по затуханию в полосе задерживания и динамическому диапазону. Оно является наиболее близким к предлагаемому устройству и выбрано в качестве прототипа. Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет реализовать только узкополосные фильтры и не обеспечивает разделения каналов по выходу (имеет только одну общую потенциальную выходную клемму).

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, в частности по построению широкополосных пьезоэлектрических фильтров в многоканальном исполнении, имеющих структуру «один вход - N+1 выход».

Поставленная задача решается тем, что в широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство, содержащее алгебраический сумматор, выполненный на первом операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам первым и вторым резисторами, третий резистор включен между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов через четвертый и пятый резисторы соединены с входами второго и третьего инвертирующих операционных усилителей, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью, при этом выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, вводится последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, подключенный к выходу первого операционного усилителя, второй вывод последовательного контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через шестой резистор с общей шиной.

Кроме того в устройство, согласно предмета изобретения, дополнительно вводится N каналов, где N=1, 2, 3..., по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы первого и второго резонаторов у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров в каждом канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.

Сущность изобретения состоит в построении широкополосного фильтрующего устройства, допускающего объединение по входу N+1 - независимых каналов и имеющего N+1 отдельных выходов.

На фиг.2 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из алгебраического сумматора, выполненного на операционном усилителе 1 с резистивной отрицательной обратной связью 2, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам резисторами 3 и 4, резистор 5 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, пьезорезонаторы 6 и 7, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов 6 и 7 через резисторы 8 и 9 соединены с входами инвертирующих операционных усилителей 10 и 11, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью 12, 13 соответственно, при этом выходы операционных усилителей 10, 11 подключены к вторым выводам резисторов 3 и 4 соответственно, к выходу операционного усилителя 1 подключен последовательный колебательный контур 14, состоящий из катушки индуктивности 15 и конденсатора 16, второй вывод последовательного контура 14 соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через резистор 17 с общей шиной.

Кроме того устройство выполнено многоканальным, содержащим дополнительно N каналов, по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы резонаторов 6 и 7 у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров 14 в каждом дополнительном канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.

Устройство работает следующим образом. Часть схемы устройства от входа ( первые выводы пьезорезонаторов 6 и 7) до выхода алгебраического сумматора (выход операционного усилителя 1) представляет собой полосовой фильтр, передаточная функция которого может быть представлена в виде:

где Y1 и Y2 - проводимости пьезорезонаторов 6 и 7;

gH - проводимость нагрузки, определяемая резисторами 8 и 9 (будем считать, что резисторы 8 и 9 равны по величине).

При соответствующем выборе параметров пьезорезонаторов, эта схема реализует полосовой фильтр, ширина полосы пропускания которого не превышает двойного частотного промежутка пьезорезонатора ΔF=fp-fq (здесь fp - частота параллельного резонанса, fq - частота последовательного резонанса пьезорезонатора) [2].

Подключение к выходу данной схемы цепочки, образованной последовательным колебательным контуром 14 и резистором 17, приводит к результирующей передаточной функции вида:

,

где L, С - индуктивность и емкость последовательного контура 14,

R - сопротивление резистора 17.

Решение уравнения р2LC+pRC+1=0, показывает, что результирующая передаточная функция имеет дополнительный комплексный полюс

,

где - резонансная частота контура 14.

Можно показать, что на ширину полосы пропускания фильтра влияют действительные части полюсов передаточной функции. Чем более широкополосный фильтр требуется получить, тем большее абсолютное значение должна иметь действительная часть комплексного полюса передаточной функции. В данном случае действительная часть полюса определяется отношением R к L и может варьироваться в достаточно широких пределах.

В работе [3] показано, что решение уравнения Y1+gH=0 приводит к выражению вида:

,

где Lq - динамическая индуктивность пьезорезонатора;

w1 - частота последовательного резонанса пьезорезонатора;

С0 - статическая емкость пьезорезонатора;

w0 - средняя частота фильтра;

р - комплексная частота.

Это соотношение позволяет оценить возможность реализации полюса передаточной функции при использовании пьезорезонатора с имеющимися реальными параметрами (Lq, Cq, С0, ΔF).

Как правило (см., например, в [4]), передаточные функции полосовых цепей третьего порядка (относительно р2) содержат две пары комплексно-сопряженных полюсов с действительными частями σ1 и σ2 и одну пару полюсов с действительной частью σ0, причем σ1≈σ20. Поэтому возможно первые две пары полюсов реализовать на пьезорезонаторах 6 и 7, входящих в первое звено фильтра, а вторую пару полюсов можно реализовать вторым звеном, состоящим из последовательного LC контура 14 и резистора 17, что позволяет получить в 3-4 раза более широкую полосу пропускания по сравнению с фильтром-прототипом.

Таким образом, в предлагаемом устройстве введение дополнительного каскадно-развязанного LC звена дает возможность получить более широкие полосы пропускания сравнительно простым способом. Подключение дополнительных идентичных по структуре фильтров, которые допускают параллельное соединение по входу, поскольку их нагрузочное сопротивление (определяемое проводимостью gH) практически всегда значительно превышает внутреннее сопротивление источника сигнала, и следовательно, предлагаемое устройство реализует многоканальное фильтрующее устройство в соответствии с поставленной задачей - расширением функциональных возможностей.

Источники информации

1. Патент РФ №2171009, кл. 7 Н 03 Н 9/54, 7/01. Активный пьзоэлектрический фильтр, опубл. 20.07.2001 г., БИ №20.

2. Великин Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях, Э.В. "Пьезоэлектрические фильтры" - М., Связь, 1966.

3. Болотюк А.А. Активные кварцевые фильтры на операционных усилителях, - Радиоприборостроение и микроэлектроника. Вып.4, 1975.

4. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров, - М.: Радио и связь, 1983.

1. Широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство, содержащее алгебраический сумматор, выполненный на первом операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам первым и вторым резисторами, третий резистор включен между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов через четвертый и пятый резисторы соединены с входами второго и третьего инвертирующих операционных усилителей, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью, при этом выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, отличающееся тем, что к выходу первого операционного усилителя подключен последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, второй вывод последовательного контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через шестой резистор с общей шиной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему вводится дополнительно N каналов, где N=1, 2, 3..., по структуре идентичных устройству по п.1, при этом первые выводы первого и второго резонаторов у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров в каждом канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для частотной селекции сигналов. .

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в радиоприемных устройствах, а также в измерительной технике в качестве фильтра с несколькими полосами пропускания.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при конструировании высокодобротных фильтров и резонаторов. .

Изобретение относится к радиоэлектронике для частотной селекции сигналов радиочастот. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использован в качестве фильтра основной селекции радиоприемных устройств. .

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве устройств основной селекции радиоприемных устройств. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных электроэнергетических системах. .

Изобретение относится к резонансным контурам, т.е. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для подавления СВЧ сигналов наводок со стороны сетей питания, входящих в экранироавнные блоки либо камеры.

Изобретение относится к радиоэлектронике, более конкретно к частотно-избирательным средствам для использования в качестве однозвенного фильтра верхних частот второго порядка с нулем передачи или как составная часть многозвенного фильтра.

Изобретение относится к радиотехнике для реализации фильтрового оборудования с высокими показателями избирательности. .

Изобретение относится к радиотехнике для использования в каналообразующей аппаратуре. .

Изобретение относится к радитехнике и может использоваться в каналообразующей аппаратуре с высокими показателями избирательности, динамического и частотного диапазонов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к фильтрам для выделения постоянной составляющей периодических напряжений. .

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве фильтра основной селекции в профессиональных радиоприемных устройствах, а также в измерительной технике.

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

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в качестве фильтра основной селекции в профессиональной аппаратуре связи. .

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

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных узлах радиоэлектронных устройств с управляемыми параметрами. .

Изобретение относится к радиоэлектронике
Наверх