АКТИВНЫЙ ПОЛОСОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2001 года по МПК H03H9/54 H03H7/01 

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

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа фильтр, приведенный на фиг. 1. Данный фильтр представляет собой систему с дифференциальными входами и выходами, выполненную на двух операционных усилителях и десяти резисторах, к каждому из входов системы подключен пьезоэлектрический резонатор и резистор, вторые выводы пьезорезонаторов подключены к входной потенциальной клемме фильтра, а вторые выводы резисторов к общей шине. К каждому из двух дифференциальных выходов системы подключен пьезоэлектрический резонатор, ко второму выходу каждого пьезорезонатора подключены два резистора, второй выход одного из них соединен с общей шиной, второй вывод другого резистора соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра.

Эта схема эквивалентна каскадному соединению двух симметричных фильтров, содержащих в каждом плече пьезоэлектрический резонатор. Для того, чтобы более точно реализовать передаточную функцию, соответствующую симметричной мостовой цепи необходимо, чтобы номиналы резисторов, входящих в дифференциальную систему были значительно больше номиналов резисторов, подключенных к пьезорезонаторам, определяющих величину нагрузочного сопротивления фильтра. При этом тепловые шумы резисторов (при больших значениях их номиналов) могут стать соизмеримыми с шумами современных малошумящих операционных усилителей и заметно увеличить шумы фильтра.

Задача изобретения - уменьшение шумов фильтра. Для решения этой задачи предлагается схема, приведенная на фиг. 2.

Указанная задача достигается тем, что в активном полосовом пьезоэлектрическом фильтре, содержащем первый, второй, третий и четвертый пьезоэлектрические резонаторы с параллельно подключенными конденсаторами, первый и второй операционные усилители с отрицательными резистивными обратными связями, к выходам которых подключены первые выводы третьего и четвертого пьезорезонаторов соответственно, второй вывод третьего пьезорезонатора соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод четвертого пьезорезонатора соединен с первыми выводами пятого и шестого резисторов, при этом вторые выводы третьего и пятого резисторов соединены с общей шиной, а вторые выводы четвертого и пятого резисторов объединены и являются выходами фильтра, к неинвертирующим входам первого и второго операционных усилителей подключены второй вывод первого пьезорезонатора и первый вывод первого резистора, а также второй вывод второго пьезорезонатора и первый вывод второго резистора, при этом вторые выводы первого и второго резисторов соединены с общей шиной, а первые выводы первого и второго пьезорезонаторов объединены и являются входом фильтра, кроме того, между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей введен дополнительный резистор.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены с неинвертирующими выводами первого и второго операционных усилителей соответственно, а инвертирующие входы операционных усилителей соединены через дополнительный резистор, поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

На фиг. 2 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из пьезорезонаторов 1-4, к которым параллельно подключены конденсаторы 5-8 соответственно, операционных усилителей 9-10 и резисторов 11-17. Делители напряжения, образованные пьезорезонатором 1 и резистором 11 и пьезорезонатором 2 и резистором 12, подключены к неинвертирующим входам операционных усилителей 9 и 10 соответственно, при этом входы делителей объединены и образуют вход фильтра, а инвертирующие входы операционных усилителей соединены через резистор 13. Выходы операционных усилителей 9 и 10 соединены с первыми выводами пьезорезонаторов 3 и 4 соответственно. Второй вывод пьезорезонатора 3 соединен с резисторами 14, 15, а второй вывод пьезорезонатора 4 соединен с резисторами 16, 17, при этом вторые выводы резисторов 14, 16 соединены с общей шиной, а вторые выводы резисторов 15, 17 объединены и образуют выход фильтра.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал U₀ поступает на входную клемму фильтра и, проходя через делители напряжения, образованные пьезорезонатором 1 и резистором 11 и пьезорезонатором 2 и резистором 12, в точках А и В становится равным соответственно:

где X₁ и X₂ - реактивные сопротивления пьезоэлектрических резонаторов 1 и 2 соответственно,
R₁₁ и R₁₂ - сопротивления резисторов 11 и 12 соответственно.

Эти напряжения поступают на входы операционных усилителей 9 и 10.

Напряжения на выходах операционных усилителей 9, 10 при равных номиналах резисторов в цепях отрицательной обратной связи R_OC9=R_OC10 будут противоположны по знаку и равны по амплитуде, определяемой выражением:

где R_OC - сопротивление резистора обратной связи операционного усилителя,
U₀ - напряжение на входе фильтра.

Очевидно, что напряжение на выходе фильтра будет определяться разностью напряжений, получающихся на выходе делителя, образованного пьезорезонатором 3 и резистором 14 и делителя, образованного пьезорезонатором 4 и резонатором 16, и соответствовать выражению:

где R_Н - сопротивление нагрузки, определяемое резисторами R₁₄ и R₁₅, X₃ и X₄ - реактивные сопротивления пьезорезонаторов 3 и 4.

Таким образом, данное устройство реализует передаточную функцию двухзвенного фильтра, каждое звено которого соответствует симметричной мостовой схеме. При этом для соблюдения условий эквивалентности необходимо и достаточно выполнение условий:
R₁₁ = R₁₂; R_OC9 = R_OC10; R₁₄ = R₁₅; R₁₅ = R₁₇; R₁₃ < R_OC
Соблюдение этих условий позволяет выбирать значения резисторов практически в любых удобных для реализации пределах, что в свою очередь дает возможность снизить уровень шумов, использовать пьезорезонаторы практически с любыми значениями динамических индуктивностей и т.п.

Источники информации
1. Патент N 2033688 "Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр", от 4.04.1989 г. Авторы: Карепанов А.И., Ясинский И.М.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве устройств основной селекции радиоприемных устройств. Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, эквивалентный двухзвенному фильтру (Ф), каждое звено которого выполнено по симметричной мостовой схеме. Фильтр содержит первый, второй, третий и четвертый пьезорезонаторы (ПР) (1, 2, 3, 4) с параллельно подключенными конденсаторами (К) (5, 6, 7, 8). Первые выводы первого и второго ПР (1, 2) объединены и являются входом Ф, вторые выводы которых подключены соответственно к неинвертирующим входам первого и второго операционных усилителей, охваченных отрицательными резистивными обратными связями (ОУОС) (9,10), и первым выводам первого и второго резисторов (Р) (11, 12), вторые выводы которых соединены с общей шиной. Инвертирующие входы ОУОС (9, 10) соединены посредством дополнительно введенного Р (13). Выходы первого и второго ОУОС (9, 10) соединены с первыми выводами третьего и четвертого ПР (3, 4). Второй вывод третьего ПР (3) соединен с первыми выводами третьего и четвертого Р (14, 15), а второй вывод четвертого ПР (4) соединен с первыми выводами пятого и шестого Р (16, 17). Вторые выводы четвертого и шестого Р(15, 17) соединены и являются выходом Ф. Вторые выводы третьего и пятого Р (14, 16) соединены с общей шиной. Технический результат: уменьшение шумов Ф, возможность использования ПР практически с любыми значениями динамических индуктивностей. 2 ил.

Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый, второй, третий и четвертый пьезоэлектрические резонаторы с параллельно подключенными конденсаторами, первые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов объединены и являются входом активного полосового пьезоэлектрического фильтра, первый и второй операционные усилители с отрицательными резистивными обратными связями, неинвертирующие входы которых соединены с первыми выводами первого и второго резисторов соответственно, вторые выводы которых соединены с общей шиной, выходы первого и второго операционных усилителей соединены с первыми выводами третьего и четвертого пьезоэлектрических резонаторов соответственно, второй вывод третьего пьезоэлектрического резонатора соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, а второй вывод четвертого пьезоэлектрического резонатора соединен с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы третьего и пятого резисторов соединены с общей шиной, а вторые выводы четвертого и пятого резисторов соединены и являются выходом фильтра, отличающийся тем, что вторые выводы первого и второго пьезоэлектрических резонаторов соединены с неинвертирующими входами первого и второго операционных усилителей соответственно, а инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены седьмым резистором.