Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр

Изобретение относится к радиоэлектронике. Задача изобретения - обеспечение неизменности частотной характеристики при изменениях коэффициента усиления и расширение функциональных возможностей устройства. Для этого устройство содержит первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы упомянутых пьезорезонаторов через первый и второй резисторы соответственно соединены с общей шиной, первый, второй и третий операционные усилители, каждый из которых содержит резистивные отрицательные обратные связи. Выход первого операционного усилителя является выходом фильтра, инвертирующий и неинвертирующий входы первого операционного усилителя через четвертый и пятый резисторы соединены с выходами второго и третьего операционных усилителей соответственно, кроме того неинвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор подключен к общей шине, инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены друг с другом через шестой резистор, а неинвертирующие входы упомянутых операционных усилителей соединены с вторыми выводами первого и второго пьезорезонаторов соответственно. Между входом фильтра и неинвертирующими входами второго и третьего операционных усилителей включены первая и вторая группы, содержащие по N-1 пьезорезонаторов. 1 ил.

 

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

Известен полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый вывод первого резистора, а к неинвертирующему входу подключены первые выводы второго и третьего резисторов, при этом второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, ко второму выводу первого резистора подключены первые выводы первого пьезорезонатора и четвертого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, ко второму выводу второго резистора подключены первые выводы второго пьезорезонатора и пятого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены и подключены к входной потенциальной клемме фильтра.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбрано в качестве прототипа.

Недостатками известного устройства являются деформация частотной характеристики фильтра при изменении коэффициента усиления и возможность реализации только одной полосы пропускания.

Задача изобретения - создание активного полосового пьезоэлектрического фильтра, обеспечивающего неизменность частотной характеристики при изменениях коэффициента усиления и расширение функциональных возможностей устройства, в частности, увеличение числа полос пропускания.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов через первый и второй резисторы соответственно подключены к общей шине, операционный усилитель, содержащий резистивную отрицательную обратную связь, неинвертирующий вход которого через третий резистор соединен с общей шиной, выход операционного усилителя подключен к выходной потенциальной клемме фильтра, четвертый резистор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, пятый резистор, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, дополнительно введены первая и вторая группы, содержащие по N-1 пьезорезонаторов, при этом пьезорезонаторы первой группы подключены параллельно первому пьезорезонатору, пьезорезонаторы второй группы подключены параллельно второму пьезорезонатору, кроме того дополнительно введены второй и третий операционные усилители, каждый из которых содержит резистивную отрицательную обратную связь, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены со вторыми выводами первого и второго пьезорезонаторов соответственно, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам четвертого и пятого резисторов соответственно, а инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены друг с другом через шестой резистор.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены первая и вторая группы, содержащие по N-1 пьезорезонаторов, при этом пьезорезонаторы первой группы подключены параллельно первому пьезорезонатору, а пьезорезонаторы второй группы подключены параллельно второму пьезорезонатору, кроме того дополнительно введены второй и третий операционные усилители, каждый из которых содержит резистивную отрицательную обратную связь, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены со вторыми выводами первого и второго пьезорезонаторов соответственно, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам четвертого и пятого резисторов соответственно, а инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены друг с другом через дополнительный шестой резистор.

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 состоит из первого 1 и второго 2 пьезорезонаторов, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов через первый 3 и второй 4 резисторы соответственно подключены к общей шине, операционного усилителя 5, содержащего резистивную отрицательную обратную связь, неинвертирующий вход которого через третий резистор 6 соединен с общей шиной, выход операционного усилителя 5 соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, четвертого резистора 7, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 5, пятого резистора 8, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 5, в схему также введены первая 9 и вторая 10 группы, содержащие по N-1 пьезорезонаторов, при этом пьезорезонаторы первой группы подключены параллельно первому пьезорезонатору, пьезорезонаторы второй группы подключены параллельно второму пьезорезонатору, второго 11 и третьего 12 операционных усилителей с резистивными отрицательными обратными связями, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены со вторыми выводами первого и второго пьезорезонаторов соответственно, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам четвертого и пятого резисторов соответственно, а инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены друг с другом через шестой резистор 13.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал одновременно поступает на первую и вторую Г-образные цепи, образованные первым пьезорезонатором 1, первой группой из N-1 пьезорезонаторов 9 и первым резистором 3, вторым пьезорезонатором 2, второй группой из N-1 пьезорезонаторов 10 и вторым резистором 4 соответственно и с выходов этих цепей приходит на неинвертирующие входы второго 11 и третьего 12 операционных усилителей, каждый из которых содержит резистивную отрицательную обратную связь, при этом инвертирующие входы упомянутых операционных усилителей соединены через шестой резистор 13. С выходов второго и третьего операционных усилителей сигнал поступает на входы вычитателя, выполненного на первом операционном усилителе 5 с резистивной отрицательной обратной связью, третьем 6, четвертом 7 и пятом 8 резисторах. В случае, если проводимость первого резистора равна проводимости второго резистора, проводимости третьего, четвертого, пятого резисторов и резисторов в цепях отрицательных обратных связей первого, второго и третьего операционных усилителей равны друг другу, то матрица проводимостей будет иметь следующий вид:

Y1+Y2	-Y1	-Y2	0	0	0	0	0	0	0
-Y1	Y1+gн	0	0	0	0	0	0	0	0
-Y2	0	Y2+gн	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	g1+g2	-g2	-g1	0	0	0	0
0	0	0	-g2	g1+g2	0	-g1	0	0	0
0	-1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	0	-1	0	1	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	-g1	0	2g1	0	-g1
0	0	0	0	0	0	-g1	0	2g1	0
0	0	0	0	0	0	0	1	-1	0

Здесь g_н - проводимость резисторов 3, 4,

g₁ - проводимость резисторов 6, 7, 8,

g₂ - проводимость резистора 13,

Y₁, Y₂ - реактивные проводимости пьезорезонатора 1 и группы из N-1 пьезорезонаторов 9, пьезорезонатора 2 и группы из N-1 пьезорезонаторов 10 соответственно.

Тогда функция передачи от входа устройства до его выхода будет иметь вид:

.

Данная передаточная функция соответствует симметричной мостовой схеме. В том случае, если частоты пьезорезонаторов, подключенных к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, настроены на частоты, близкие к значениям f=f_i-δ_i, где f_i - средняя частота i-й полосы пропускания, δ_i - половина ширины i-й полосы пропускания, а частоты пьезорезонаторов, подключенных к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, настроены на частоты, близкие к значениям f=f_i, то устройство будет представлять собой гребенчатый фильтр, имеющий один потенциальный вход и один потенциальный выход, амплитудно-частотная характеристика которого имеет N полос пропускания.

Данное устройство так же, как и прототип реализует передаточную функцию, эквивалентную мостовой схеме, однако в отличие от прототипа изменением величины шестого резистора 13, не влияющего на балансировку, позволяет регулировать коэффициент усиления фильтра без деформации его частотной характеристики и в отличие от прототипа реализует N полос пропускания.

По предложенному техническому решению проведена разработка многополосного активного кварцевого фильтра, изготовлены и испытаны опытные образцы.

Источники информации

1. Патент №1579418 от 24.06.1988, «Полосовой пезоэлектрический фильтр», Ясинский И.М., Пантюхина Э.А., Насонова Л.В.

Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов через первый и второй резисторы соответственно подключены к общей шине, операционный усилитель, содержащий резистивную отрицательную обратную связь, неинвертирующий вход которого через третий резистор соединен с общей шиной, выход операционного усилителя соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, четвертый резистор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, пятый резистор, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, отличающийся тем, что в схему дополнительно введены первая и вторая группы, содержащие по N-1 пьезорезонаторов, второй и третий операционные усилители, каждый из которых содержит резистивную отрицательную обратную связь, при этом пьезорезонаторы первой группы подключены параллельно первому пьезорезонатору, пьезорезонаторы второй группы подключены параллельно второму пьезорезонатору, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены со вторыми выводами первого и второго пьезорезонаторов соответственно, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам четвертого и пятого резисторов соответственно, а инвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей соединены друг с другом через дополнительный резистор.