Патент на изобретение №2209505

(54) АКТИВНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет реализации двух частотно-разнесенных полос пропускания. Фильтр (Ф) содержит первый и второй операционные усилители (ОУ) 1, 2, первый – восьмой пьезорезонаторы (ПР) 3, 4, 10, 11, 14-17, первый – десятый резисторы (Р) 5-9, 12, 13, 18-20. ПР 14 и ПР 15 подключены параллельно ПР 3 и ПР 4 и включены между входной потенциальной клеммой фильтра (ПКФ) и соответственно Р 5 и Р 6, включенных на входах ОУ 1. Выход ОУ 1 соединен с первой выходной ПКФ через последовательно соединенные ПР 10, Р 12 и через инвертор на ОУ 2, ПР 11, Р 13. Выход ОУ 1 соединен со второй выходной ПКФ через последовательно соединенные ПР 16, Р 18 и через инвертор на ОУ 2, ПР 17, Р 19. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для частотной селекции сигналов.

Известен полосовой пьезоэлектрический фильтр [1], содержащий первый и второй операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы пьезорезонаторов через первый и второй резисторы подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам первого операционного усилителя соответственно и одновременно через третий и четвертый резисторы соединены с общей шиной, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор соединен с общей шиной, к выходу первого и второго операционного усилителя подключены третий и четвертый пьезорезонаторы, вторые выводы которых через шестой и седьмой резисторы подключены к выходной потенциальной клемме фильтра.

Данный фильтр является наиболее близким по технической сущности и выбран в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является то, что он реализует только одну полосу пропускания.

Задача изобретения – расширение функциональных возможностей: реализация фильтра с двумя частотно-разнесенными полосами пропускания.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первый и второй операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы пьезорезонаторов через первый и второй резисторы подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам первого операционного усилителя соответственно и одновременно через третий и четвертый резисторы соединены с общей шиной, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор соединен с общей шиной, к выходу первого и второго операционного усилителя подключены третий и четвертый пьезорезонаторы, вторые выводы которых через шестой и седьмой резисторы подключены к выходной потенциальной клемме фильтра, дополнительно вводится пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы, при этом пятый пьезорезонатор включен параллельно первому пьезорезонатору, а шестой – параллельно второму пьезорезонатору, седьмой пьезорезонатор подключен к выходу первого операционного усилителя, а восьмой – к выходу второго операционного усилителя, вторые выводы седьмого и восьмого пьезорезонаторов через восьмой и девятый резисторы подключены к дополнительно введенной выходной потенциальной клемме фильтра, выход первого операционного усилителя через десятый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в фильтр дополнительно вводятся пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы, при этом пятый пьезорезонатор включен параллельно первому пьезорезонатору, а шестой – параллельно второму пьезорезонатору, седьмой пьезорезонатор подключен к выходу первого операционного усилителя, а восьмой к выходу второго операционного усилителя, вторые выводы седьмого и восьмого пьезорезонаторов через восьмой и девятый резисторы отключены к дополнительно введенной выходной потенциальной клемме фильтра, выход первого операционного усилителя через десятый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

При сравнении заявляемого технического 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 схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первого и второго операционных усилителей с резистивными отрицательными обратными связями 1, 2, первого и второго пьезорезонаторов 3, 4, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы этих пьезорезонаторов через первый и второй резисторы 5, 6 подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам первого операционного усилителя 1 соответственно и одновременно через третий и четвертый резисторы 7, 8 соединены с общей шиной, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 через пятый резистор 9 соединен с общей шиной, третий и четвертый пьезорезонаторы 10, 11 подключены к выходам первого и второго операционных усилителей, вторые выводы этих пьезорезонаторов через шестой и седьмой резисторы 12, 13 соединены с первой выходной потенциальной клеммой фильтра. Кроме того, схема содержит пятый и шестой пьезорезонаторы 14, 15, подключенные параллельно первому и второму пьезорезонаторам 3, 4 соответственно, а также седьмой и восьмой пьезорезонаторы 16, 17, подключенные к выходам первого и второго операционных усилителей 1, 2 соответственно, вторые выводы этих пьезорезонаторов через восьмой и девятый 18, 19 резисторы подключены ко второй выходной потенциальной клемме фильтра, причем выход первого операционного усилителя 1 через десятый резистор 20 соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя 2.

Устройство работает следующим образом. Операционный усилитель 1 совместно с пьезорезонаторами 3, 4, 14, 15 и резисторами 5, 6, 7, 8, 9 образует схему, эквивалентную симметричной мостовой, в которой резисторы 7, 8 выполняют роль нагрузочных сопротивлений, при этом если пара пьезорезонаторов 3, 4 имеет частоты последовательных резонансов, равные f₁– и f₁+, пьезорезонаторы 14 и 15 настроены на частоты f₂– и f₂+ соответственно, то амплитудно-частотная характеристика этого звена будет иметь две полосы пропускания, средние частоты которых равны f₁ и f₂, а ширина полосы пропускания каждого лепестка равна 2. Подключение второго операционного усилителя 2 с пьезорезонаторами 10, 11, 16, 17 и резисторами 12, 13, 18, 19 при соответствующем выборе частот пьезорезонаторов реализует полосовой фильтр со средней частотой f₁ на первом его выходе и частотой f₂ на втором потенциальном выходе. Каскадное соединение таких звеньев при достаточно большом разносе частот f₁ и f₂ друг от друга: f₁-f₂(10-20)2 обеспечивает необходимое разделение частот f₁ и f₂ и крутизну скатов частотной характеристики вблизи полосы пропускания достаточно экономичным схемным решением.

Данное решение проверено экспериментально и использовано в магистральном РПУ для обработки сигналов с частотной манипуляцией.

Источник информации
1. Патент РФ 2033688 “Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр”, 04.04.1989, Карепанов А.И., Ясинский И.М.

Формула изобретения

Активный пьезоэлектрический фильтр, содержащий первый и второй операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы пьезорезонаторов через первый и второй резисторы подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам первого операционного усилителя соответственно и одновременно через третий и четвертый резисторы соединены с общей шиной, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор соединен с общей шиной, к выходу первого и второго операционных усилителей подключены третий и четвертый пьезорезонаторы, вторые выводы которых через шестой и седьмой резисторы подключены к выходной потенциальной клемме фильтра, отличающийся тем, что в схему дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой пьезорезонаторы, при этом пятый пьезорезонатор включен параллельно первому пьезорезонатору, а шестой – параллельно второму пьезорезонатору, седьмой пьезорезонатор подключен к выходу первого операционного усилителя, а восьмой – к выходу второго операционного усилителя, вторые выводы седьмого и восьмого пьезорезонаторов через восьмой и девятый резисторы подключены к дополнительно введенной выходной потенциальной клемме фильтра, выход первого операционного усилителя через десятый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

РИСУНКИ