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

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

Известен ряд схем полосовых фильтров, в частности фильтр, приведенный на фиг. 1. Фильтр содержит алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, 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, фильтр содержит первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной клемме фильтра, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены с первыми выводами четвертого и пятого резисторов соответственно.

Данный фильтр позволяет реализовать достаточно высокие требования по частотной зависимости затухания, динамическому диапазону, технологичен в производстве. Он является наиболее близким к предлагаемому устройству и выбран в качестве прототипа. Недостатком этого фильтра является то, что он позволяет реализовать только одну полосу пропускания.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей схемы, в частности построение фильтра с несколькими полосами пропускания. Фильтры, обеспечивающие несколько полос пропускания, необходимы при построении демодуляторов многочастотных сигналов, при измерении параметров некоторых специальных форм сигналов и т.д.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр, содержащий алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, 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, фильтр содержит первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной клемме фильтра, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены с первыми выводами четвертого и пятого резисторов соответственно, введены второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, второй вывод четвертого резистора подключен ко входу второго операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен со входом третьего операционного усилителя, кроме того, между входом фильтра и входом второго операционного усилителя, а также между входом фильтра и входом третьего операционного усилителя включаются дополнительно по одному или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в схему введены второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, второй вывод четвертого резистора подключен ко входу второго операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен со входом третьего операционного усилителя, кроме того, между входом фильтра и входом второго операционного усилителя, а также между входом фильтра и входом третьего операционного усилителя включаются дополнительно по одному или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.

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 фиг. 2 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из алгебраического сумматора 1, выполненного на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью 2, выход которого является выходом фильтра, при этом к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор 3, второй вывод которого является первым входом сумматора, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключены второй и третий резисторы 4, 5, второй вывод второго резистора является вторым входом сумматора, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, кроме того, фильтр содержит первый и второй пьезорезонаторы 6, 7, первые выводы которых подключены к входной клемме фильтра, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены с первыми выводами четвертого 8 и пятого 9 резисторов соответственно, в схему введены также второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями 10, 11, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, второй вывод четвертого резистора 8 подключен ко входу второго операционного усилителя 10, а второй вывод пятого резистора 9 соединен со входом третьего операционного усилителя 11, между входом фильтра и входом второго операционного усилителя, а также между входом фильтра и входом третьего операционного усилителя включаются дополнительно по одному или более двухполюсников 12, 13, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.

Фильтр работает следующим образом.

Секция фильтра, выполненная на втором операционном усилителе, реализует передаточную функцию

где g_a - проводимость цепи обратной связи второго операционного усилителя;
Y₁ - проводимость первого пьезорезонатора;
g₁ - проводимость резистора, включенного последовательно с первым пьезорезонатором.

Передаточная функция второй секции фильтра, выполненной на третьем операционном усилителе, определяется аналогичным выражением

где g_в - проводимость цепи обратной связи третьего операционного усилителя.

На алгебраическом сумматоре передаточные функции вычитаются и образуют функцию вида (при условии, что g_a = g_в = g₁ = g₂ = g₃ = ... = g_н)

Таким образом, при соответствующем выборе частот пьезорезонаторов, входящих в секции фильтра, и величин резисторов R₁, R₂ ... R_a, R_в устройство реализует многополосовую цепь, причем полоса пропускания каждого лепестка амплитудно-частотной характеристики определяется емкостным коэффициентом только той пары пьезорезонаторов, которая формирует данный лепесток АЧХ.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в радиоприемных устройствах, а также в измерительной технике в качестве фильтра с несколькими полосами пропускания. Фильтр содержит алгебраический сумматор (С) 1, выполненный на операционном усилителе (ОУ) 2, выход С 1 является выходом фильтра, первый и второй пьезорезонаторы (ПР) 6, 7, первые выводы которых соединены с входной клеммой фильтра, вторые выводы первого и второго ПР 6, 7 через резисторы (Р) 8, 9 соединены со входами первого и второго инверторов, выполненных на ОУ 10, 11. Выходы ОУ 10, 11 подключены к первому и второму входам С 1. Между входом фильтра и входами инверторов включены двухполюсные цепи 12, 13, состоящие из последовательно включенных ПР и Р. Технический результат: обеспечение нескольких полос пропускания. 2 ил.

Активный пьезоэлектрический фильтр, содержащий алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом фильтра, 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, фильтр содержит также первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной клемме фильтра, вторые выводы первого и второго пьезорезонаторов соединены с первыми выводами четвертого и пятого резисторов соответственно, отличающийся тем, что в схему введены второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, второй вывод четвертого резистора подключен ко входу второго операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен со входом третьего операционного усилителя, кроме того, между входом фильтра и входом второго операционного усилителя, а также между входом фильтра и входом третьего операционного усилителя включаются дополнительно по одному или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.