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

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

Известен ряд устройств, позволяющих реализовывать полосовые фильтры как узкополосные, так и широкополосные с применением пьезоэлектрических резонаторов и операционных усилителей с более высококачественными электрическими параметрами по сравнению с традиционными пассивными дифференциально-мостовыми аналогами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является активный пьезоэлектрический фильтр [1]. Этот фильтр выбран в качестве прототипа. Его недостатком является большое число активных элементов (он содержит четыре операционных усилителя).

Задача изобретения - упрощение схемы фильтра с сохранением его основных параметров.

Поставленная задача решается тем, что в фильтре, содержащем первый и второй операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, сумматор, выполненный на первом, втором и третьем резисторах, причем вторые выводы первого и второго резисторов объединены и одновременно подключены к выходной потенциальной клемме фильтра и к третьему резистору, второй вывод которого соединен с общей шиной, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых соединены между собой и с входной потенциальной клеммой фильтра, при этом второй вывод пятого резистора соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу второго операционного усилителя подключен шестой резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, а также первый и второй конденсаторы, первый и второй пьезорезонаторы, устанавливаются другие взаимосвязи между элементами: первый конденсатор включается между инвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй конденсатор включается между неинвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, ко вторым выводам четвертого и пятого резисторов подключены первый и второй пьезорезонаторы, причем второй вывод первого пьезорезонатора соединен с общей шиной, а второй вывод второго пьезорезонатора соединен с выходом второго операционного усилителя и одновременно с первым выводом второго резистора, кроме того, второй вывод четвертого резистора соединяется с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, который содержит положительную резистивную обратную связь и выход которого подключается к первому выводу первого резистора.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство введены новые электрические связи между элементами: первый конденсатор включен между инвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй конденсатор включен между неинвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, ко вторым выводам четвертого и пятого резисторов подключены первый и второй пьезорезонаторы, причем второй вывод первого пьезорезонатора соединен с общей шиной, а второй вывод второго пьезорезонатора соединен с выходом второго операционного усилителя и одновременно с первым выводом первого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, который содержит резистивную положительную обратную связь и выход которого подключен к первому выводу первого резистора.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На чертеже приведена электрическая схема предложенного устройства. Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр состоит из двух операционных усилителей 1 и 2 с резистивными отрицательными обратными связями сумматора, выполненного на трех резисторах 3, 4 и 5, при этом все резисторы подключены к выходной потенциальной клемме фильтра 15, второй вывод резистора 5 соединен с общей шиной, а первые выводы резисторов 3 и 4 являются входами сумматора и подключены к выходам операционного усилителя 1 и 2 соответственно, первый конденсатор 6 включен между инвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, второй конденсатор 7 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 2 и его выходом, резисторы 8 и 9 соединены между собой и подключены к входной потенциальной клемме фильтра 10, второй вывод резистора 8 соединен с пьезорезонатором 11 и неинвертирующим входом операционного усилителя 1, второй вывод резистора 9 соединен с пьезорезонатором 12 и инвертирующим входом операционного усилителя 2, причем второй вывод пьезорезонатора 11 соединен с общей шиной, а второй вывод пьезорезонатора 12 соединен с выходом операционного усилителя 2. Кроме того, неинвертирующий вход операционного усилителя 1 соединен с его выходом через резистор 13, а к неинвертирующему входу операционного усилителя 2 подключен резистор 14, второй вывод которого соединен с общей шиной.

Фильтр работает следующим образом.

Секция фильтра, выполненная на операционном усилителе 1, пьезорезонаторе 11, конденсаторе 6 и резисторах 8 и 13 имеет передаточную функцию (от входа фильтра до выхода операционного усилителя 1, при условии, что резистор 3 отключен) следующего вида:

Передаточная функция второй секции, состоящей из операционного усилителя 2, резисторов 9 и 14, конденсатора 7 и пьезорезонатора 12 (от входа фильтра до выхода операционного усилителя 2, при условии, что резистор 4 отключен), имеет следующий вид:

Следовательно, общая передаточная функция фильтра, определяемая суммой передаточных функций T₁ и Т₂ и коэффициентом передачи сумматора, выполненного на резисторах 3, 4 и 5, при условии, что С₁ = C₂ = С₀, а резисторы 3 и 4 равны по величине, будет равна:

Здесь К - коэффициент передачи резистивного сумматора, определяемый отношением резисторов 3 и 5.

Из этого выражения видно, что схема эквивалентна симметричной мостовой цепи, в ветвях которой включены пьезорезонаторы с проводимостями y₁ - рС₀ и y₂ - рС₀. Это означает, что величина емкости конденсаторов 6 и 7 уменьшает величину статической емкости каждого из пьезорезонаторов 11 и 12 и позволяет получить соответствующее расширение полосы пропускания. Влияние множителя (g + рС₀), как правило, несущественно и при необходимости может быть компенсировано включением соответствующей RC-цепи на выходе фильтра.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовывать более широкие полосы пропускания по сравнению с узкополосными пьезоэлектрическими фильтрами, не содержащими "расширительных" элементов, так же, как и в фильтре-прототипе, но содержит вдвое меньшее число операционных усилителей.

Источники информации
1. Патент РФ N 2058058, МКИ H 03 H 9/54 от 10.04.1999 г. "Активный широкополосный пьезоэлектрический фильтр" Авторы: Ясинский И.М., Звягинцев И. В.

Изобретение относится к радиоэлектронике для частотной селекции сигналов радиочастот. Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр содержит первый и второй операционные усилители (ОУ) (1 и 2), соответственно в неинвертирующем и инвертирующем включении, соответствующие входы которых соединены с источником входного сигнала, а выходы подключены к входам сумматора, выполненного на трех резисторах (Р) (3, 4, 5), выход которого является выходом фильтра. Первый конденсатор (К) (6) включен между инвертирующим входом ОУ (1) и общей шиной. Второй К (7) включен в цепь положительной обратной связи (ПОС) второго ОУ (2). Первый пьезорезонатор (ПР) (11) включен между неинвертирующим входом первого ОУ (1) и общей шиной, второй ПР (12) включен в цепи отрицательной обратной связи (ООС) второго ОУ (2), при этом первый ОУ (1) имеет в цепи ПОС Р (13). Технический результат: расширение полосы пропускания. 1 ил.

Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый и второй операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, сумматор, выполненный на первом, втором и третьем резисторах, причем второй вывод второго резистора подключен к третьему резистору, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен с вторым выводом второго резистора и с потенциальной выходной клеммой фильтра, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых соединены между собой и с входной потенциальной клеммой фильтра, при этом второй вывод пятого резистора соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу второго операционного усилителя подключен шестой резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, а также первый и второй конденсаторы и первый и второй пьезорезонаторы, отличающийся тем, что первый конденсатор включен между инвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй конденсатор включен между неинвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, к вторым выводам четвертого и пятого резисторов подключены первый и второй пьезорезонаторы, причем второй вывод первого пьезорезонатора соединен с общей шиной, а второй вывод второго пьезорезонатора соединен с выходом второго операционного усилителя и одновременно с первым выводом второго резистора, кроме того, второй вывод четвертого резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, который содержит положительную резистивную обратную связь и выход которого подключен к первому выводу первого резистора.