ДВУХПОЛОСНЫЙ АКТИВНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК H03H11/12 H03H9/54 

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

Известен активный полосовой пьезоэлектрический фильтр, содержащий сумматор с двумя входами и двумя выходами, выполненный на двух операционных усилителях с отрицательными обратными связями, к инвертирующему входу каждого из операционных усилителей подключены первый и второй резисторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор и неинвертирующий вход второго операционного усилителя через четвертый резистор соединен с первым входом сумматора соответственно, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор подключены ко второму входу сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителен через седьмой и восьмой резисторы соответственно соединены с общей шиной, при этом выходы первого и второго операционных усилителей являются первым и вторым выходом сумматора, первый вход сумматора через первый пьезорезонатор соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и через девятый резистор с общей шиной, второй вход сумматора через второй пьезорезонатор соединен также с входной потенциальной клеммой фильтра и через десятый резистор - с общей шиной, к первому выходу сумматора подключен третий пьезорезонатор. второй вывод которого соединен через одиннадцатый резистор с общей шиной и через двенадцатый резистор подключен к первой выходной потенциальной клемме фильтра, ко второму выходу сумматора подключены четвертый пьезорезонатор, второй вывод которого через тринадцатый резистор соединен с общей шиной и через четырнадцатый резистор соединен также с первой выходной потенциальной клеммой фильтра.

Схема этого фильтра является наиболее близкой к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.

Данное устройство представляет собой двухзвенный фильтр и реализует одну полосу пропускания.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей данного устройства, а именно реализация фильтра с двумя разнесенными по частоте полосами пропускания, получающимися на первом и втором выходах фильтра.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий сумматор с двумя входами и двумя выходами, выполненный на двух операционных усилителях с отрицательными обратными связями, к инвертирующему входу каждого из операционных усилителей подключены первый и второй резисторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор и неинвертирующий вход второго операционного усилителя через четвертый резистор соединены с первым входом сумматора соответственно, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор подключены ко второму входу сумматора, неинвертируюшие входы первого и второго операционных усилителей через седьмой и восьмой резисторы соответственно соединены с общей шиной, при этом выходы первого и второго операционных усилителей являются первым и вторым выходом сумматора, первый вход сумматора через первый пьезорезонатор соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и через девятый резистор с общей шиной, второй вход сумматора через второй пьезорезонатор соединен также с входной потенциальной клеммой фильтра и через десятый резистор - с общей шиной, к первому выходу сумматора подключен третий пьезорезонатор, второй вывод которого соединен через одиннадцатый резистор с общей шиной и через двенадцатый резистор подключен к первой выходной потенциальной клемме фильтра, ко второму выходу сумматора подключены четвертый пьезорезонатор, второй вывод которого через тринадцатый резистор соединен с общей шиной и через четырнадцатый резистор соединен также с первой выходной потенциальной клеммой фильтра, дополнительно вводится пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы и пятнадцатый, шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый резисторы, при этом пятый пьезорезонатор подключен параллельно первому пьезорезонатору, шестой пьезорезонатор подключен параллельно второму пьезорезонатору, седьмой пьезорезонатор первым выводом подключен к первому выходу сумматора, вторым выводом через пятнадцатый резистор соединен с общей шиной и через шестнадцатый резистор соединен со второй выходной потенциальной клеммой фильтра, восьмой пьезорезонатор первым выводом подключен ко второму выходу сумматора, а вторым выводом через семнадцатый резистор соединен с общей шиной и через восемнадцатый резистор подключен ко второй выходной потенциальной клемме фильтра.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в него дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы и пятнадцатый, шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый резисторы, при этом пятый пьезорезонатор подключен параллельно первому пьезорезонатору, шестой пьезорезонатор подключен параллельно второму пьезорсэонатору, седьмой, пьезорезонатор первым выводом подключен к первому выходу сумматора, вторым выводом через пятнадцатый резистор соединен с общей шиной и через шестнадцатый резистор соединен со второй выходной потенциальной клеммой фильтра, восьмой пьезорезонатор первым выводом подключен ко второму выходу сумматора, а вторым выводом через семнадцатый резистор соединен с общей шиной и через восемнадцатый резистор подключен ко второй выходной потенциальной клемме фильтра.

Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

При сравнении заявляемого технического решения с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.

На чертеже приведена схема заявляемого устройства. Устройство состоит из сумматора 1, имеющего два входа и два выхода, который содержит первый и второй операционные усилители 2, 3 с отрицательными обратными связями, инвертирующие входы операционных усилителей через первый резистор 4 и второй резистор 5 соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор 6 и неинвертирующий вход второго операционного усилителя через четвертый резистор 7 подключены к первому входу сумматора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор 8 и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор 9 подключены ко второму входу сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей через седьмой резистор 10 и через восьмой резистор 11 соединены с общей шиной, первый вход сумматора через первый пьезорезонатор 12 и пятый пьезорезонатор 13 соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и через девятый резистор 14 - с общей шиной, второй вход сумматора через второй пьезорезонатор 15 и шестой пьезорезонатор 16 соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и через десятый резистор 17 - с общей шиной, к выходу первого операционного усилителя, являющемуся первым выходом сумматора, подключены третий пьезорезонатор 18, соединенный с общей шиной через одиннадцатый резистор 19 и через двенадцатый резистор 20 - с первой выходной потенциальной клеммой фильтра, и седьмой пьезорезонатор 21, соединенный через пятнадцатый резистор 22 с общей шиной и через шестнадцатый резистор 23 со второй выходной потенциальной клеммой фильтра, ко второму выходу сумматора подключены четвертый пьезорезонатор 24, соединенный с общей шиной через тринадцатый резистор 25, и с первой выходной потенциальной клеммой фильтра через четырнадцатый резистор 26, и восьмой пьезорезонатор 27, соединенный через семнадцатый резистор 28 с общей шиной и через восемнадцатый резистор 29 со второй выходной потенциальной клеммой фильтра.

Фильтр работает следующем образом.

Если выбрать частоты первого и третьего пьезорезонаторов равными частоте f₁, частоты второго и четвертого пьезорезонаторов равными f₂, пятого и седьмого равными f₃, а шестого и восьмого равными f₄, то на первом выходе сумматора сформируется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), имеющая две полосы пропускания ΔF₁= f₂-f₁ и ΔF₂=f₄-f₃. На втором выходе сумматора точно так же АЧХ, но отличающаяся по фазе на 180^o. Подключение третьего и четвертого пьезорезонаторов к выходам сумматора, к первому выходу фильтра в соответствии со схемой, приведенной на фиг.1, позволяет образовать второе звено фильтра с полосой пропускания ΔF₁=f₂-f₁, а подключением шестого и седьмого пьезорезонаторов к первому и второму выходу сумматора и второму выходу фильтра позволяет реализовать АЧХ фильтра с полосой пропускания ΔF₂= f₄-f₃. Соответствие приведенной схемы фильтра каждому включению двух симметричных мостовых фильтра показано в [1]. В результате на входе 1 схемы формируется характеристика фильтра с полосой ΔF₁=f₂-f₁, а на выходе 2 - характеристика с полосой пропускания ΔF₂=f₄-f₃. По сравнению с известными решениями, когда две полосы пропускания формируются двумя отдельными фильтрами, включенными по входу параллельно, данная схема является более экономичной, поскольку содержит вдвое меньшее число операционных усилителей и резисторов, подключенных к ним.

Работа устройства была проверена экспериментально, при этом получены приемлемые для практических целей результаты.

Источники информации
1. Патент RU 2033688. "Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр". А. И. Карепанов, И.М. Ясинский.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве фильтра основной селекции в профессиональных радиоприемных устройствах, а также в измерительной технике. Двухполосный активный пьезоэлектрический фильтр содержит сумматор 1 с двумя входами и двумя выходами, выполненный на двух операционных усилителях 2, 3 с отрицательными обратными связями. Первый вход сумматора 1 через первый и пятый пьезорезонаторы 12, 13 соединен с входной потенциальной клеммой фильтра. Второй вход сумматора 1 через второй и шестой пьезорезонаторы 15, 16 соединен также с входной потенциальной клеммой фильтра. К первому выходу сумматора 1 подключены третий и седьмой пьезорезонаторы 18, 21, вторые выводы которых соединены соответственно через двенадцатый и четырнадцатый резисторы 2026 с первой и второй выходными потенциальными клеммами фильтра. Ко второму выходу сумматора 1 подключены четвертый и восьмой пьезорезонаторы 24, 27, вторые выводы которых соответственно через четырнадцатый и восемнадцатый резисторы 26, 29 соединены потенциальными клеммами фильтра. Если выбрать частоты первого и третьего пьезорезонаторов 12, 18 равными частоте f₁, частоты второго и четвертого пьезорезонаторов 15, 24 равными f₂, пятого и седьмого пьезорезонаторов 13, 21 равными f₃, а шестого и восьмого пьезорезонаторов 16, 27 равными f₄, то на первом выходе фильтра формируется АЧХ с полосой ΔF₁=f₂-f₁, а на втором выходе фильтра - АЧХ с полосой f₄-f₃. Технический результат: повышение экономичности. 1 ил.

Двухполосный активный пьезоэлектрический фильтр, содержащий сумматор с двумя входами и двумя выходами, выполненный на двух операционных усилителях с отрицательными обратными связями, к инвертирующему входу каждого из операционных усилителей подключены первый и второй резисторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор и неинвертирующий вход второго операционного усилителя через четвертый резистор соединен с первым входом сумматора соответственно, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор подключены ко второму входу сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей через седьмой и восьмой резисторы соответственно соединены с общей шиной, при этом выходы первого и второго операционных усилителей являются первым и вторым выходом сумматора, первый вход сумматора через первый пьезорезонатор соединен с входной потенциальной клеммой фильтра и через девятый резистор - с общей шиной, второй вход сумматора через второй пьезорезонатор соединен также с входной потенциальной клеммой фильтра и через десятый резистор - с общей шиной, к первому выходу сумматора подключен третий пьезорезонатор, второй вывод которого соединен через одиннадцатый резистор с общей шиной и через двенадцатый резистор подключен к первой выходной потенциальной клемме фильтра, ко второму выходу сумматора подключены четвертый пьезорезонатор, второй вывод которого через тринадцатый резистор соединен с общей шиной и через четырнадцатый резистор соединен также с первой выходной потенциальной клеммой фильтра, отличающийся тем, что в схему дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы и пятнадцатый, шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый резисторы, при этом пятый пьезорезонатор подключен параллельно первому пьезорезонатору, шестой пьезорезонатор подключен параллельно второму пьезорезонатору, седьмой пьезорезонатор первым выводом подключен к первому выходу сумматора, вторым выводом через пятнадцатый резистор соединен с общей шиной и через шестнадцатый резистор соединен со второй выходной потенциальной клеммой фильтра, восьмой пьезорезонатор первым выводом подключен ко второму выходу сумматора, а вторым выводом через семнадцатый резистор соединен с общей шиной и через восемнадцатый резистор подключен ко второй выходной потенциальной клемме фильтра.