активный дискретно перестраиваемый пьезоэлектрический фильтр

Формула изобретения

Активный дискретно перестраиваемый пьезоэлектрический фильтр, содержащий секции, идентичные по структуре, входы которых соединены с входной потенциальной клеммой устройства, при этом каждая секция содержит операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью, инвертирующий вход операционного усилителя через первый резистор соединен с входом секции, неинвертирующий вход операционного усилителя через пьезоэлектрический резонатор соединен со входом секции и через второй резистор с общей шиной, выходы секций подключены к соответствующим входам сумматора, содержащего третий, четвертый и пятый резисторы, выход сумматора является выходом фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов сумматора подключены к первому и второму входам сумматора соответственно, первый вывод пятого резистора сумматора соединен со вторым выводом четвертого резистора, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, отличающийся тем, что выход операционного усилителя является выходом секции, в сумматор введен дополнительно операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом четвертого резистора, выход операционного усилителя сумматора является выходом сумматора, кроме того, в устройство дополнительно введены N, где N=1,2,3 ..., секций, по структуре идентичных первой, в каждой секции операционный усилитель имеет вывод управления током выходного каскада, выходы некоторых секций соединены между собой и подключены к первому входу сумматора, выходы остальных секций соединены между собой и подключены ко второму входу сумматора и, кроме того, введено устройство управления, посредством которого осуществляется управление уровнем выходного сигнала каждой секции, выходы устройства управления подключены к выводам управления операционных усилителей в каждой секции.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относиться к электронике и может быть использовано в технике связи.

Наиболее близким по технической сущности является активный широкополосный пьезоэлектрический фильтр, содержащий две параллельные секции, входы которых соединены и являются входом фильтра, а выход каждой секции подключен соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом фильтра. При этом каждая секция содержит два операционных усилителя с отрицательной обратной связью, пьезоэлектрический резонатор, конденсатор, инвертирующий вход первого операционного усилителя через первый резистор соединен с входом секции, а выход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, пьезоэлектрический резонатор первым выводом соединен с входом секции, а вторым выводом - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и через третий резистор - с общей шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя первой секции через конденсатор подключен к выходу первого операционного усилителя первой секции и через четвертый резистор соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя второй секции через четвертый резистор соединен с выходом первого операционного усилителя второй секции и через конденсатор с общей шиной, сумматор построен на пятом, шестом и седьмом резисторах, причем выходы секций соединены с первыми выводами пятого и шестого резисторов, вторые выводы пятого и шестого резисторов соединены и подключаются к первому выводу седьмого резистора и выходу сумматора, а второй вывод седьмого резистора соединен с общей шиной [1].

Схема этого устройства приведена на фиг.1. Она выбрана в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является его излишняя сложность, особенно проявляющаяся при реализации фильтра с дискретной перестройкой центральной частоты.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей фильтра и его упрощение.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем секции, идентичные по структуре, входы которых соединены с входной потенциальной клеммой устройства, при этом каждая секция содержит операционный усилитель, охваченный отрицательной обратной связью, инвертирующий вход операционного усилителя через первый резистор соединен с входом секции, неинвертирующий вход операционного усилителя через пьезоэлектрический резонатор соединен со входом секции и через второй резистор с общей шиной, выходы секций подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, содержащего третий, четвертый и пятый резисторы, выход сумматора является выходом фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов сумматора подключены к первому и второму входам сумматора соответственно, первый вывод пятого резистора сумматора соединен со вторым выводом четвертого резистора, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, в сумматор вводится дополнительно операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом четвертого резистора, выход операционного усилителя сумматора является выходом сумматора, выход операционного усилителя секции является выходом секции. Кроме того, в устройство введены дополнительно N (где N=1,2,3...) секций, по структуре идентичных первой, в каждой секции операционный усилитель имеет вывод управления током выходного каскада, выходы некоторых секций соединены между собой и подключены к первому входу сумматора, выходы остальных секций соединены между собой и подключены ко второму входу сумматора, и, кроме того, введено устройство управления, посредством которого осуществляется управление уровнем выходного сигнала каждой секции, выходы устройства управления подключены к выводам управления операционных усилителей в каждой секции.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство введен дополнительно операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход операционного усилителя сумматора соединен со вторым выводом четвертого резистора, выход операционного усилителя сумматора является выходом сумматора, кроме того, в устройство дополнительно введены N (где N=1,2,3...) секций, по структуре идентичных первой, в каждой секции операционный усилитель имеет вывод управления током выходного каскада, выходы некоторых секций соединены между собой и подключены к первому входу сумматора, выходы остальных секций соединены между собой и подключены ко второму входу сумматора, выход операционного усилителя секции является выходом секции. Кроме того, введено устройство управления, посредством которого осуществляется управление уровнем выходного сигнала каждой секции, выходы устройства управления подключены к выводам управления операционных усилителей в каждой секции.

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 фиг.2 приведена электрическая схема предложенного устройства. Активный дискретно перестраиваемый пьезоэлектрический фильтр содержит N+2 идентичных секций 1, входы которых соединены с входной потенциальной клеммой устройства, сумматор 2, выход которого является выходом устройства. Каждая секция содержит операционный усилитель 3, охваченный отрицательной обратной связью через резистор 4, инвертирующий вход операционного усилителя 3 через резистор 5 соединен с входом секции, неинвертирующий вход усилителя 3 через пьезоэлектрический резонатор 6 соединен с входом секции и через резистор 7 с общей шиной, выход операционного усилителя 3 является выходом секции. Сумматор 2 содержит операционный усилитель 8, охваченный отрицательной обратной связью через резистор 9, инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя через резисторы 10 и 11 подключены к входу сумматора 2, неинвертирующий вход операционного усилителя 8 через резистор 12 соединен с общей шиной. Операционные усилители, входящие в состав всех секций фильтра, имеют вывод 13 управления током выходного каскада. Управление выходным уровнем сигнала каждой секции осуществляется посредством устройства управления 14, формирующего сигнал разрешения или запрещения работы конкретной секции через вывод 13. Выходы некоторых секций соединены между собой и подключены к резистору 10 сумматора 2, а выходы остальных секций соединены между собой и подключены к резистору 11 сумматора 2.

Устройство работает следующим образом. Передаточная функция секции фильтра имеет вид

где Y_a - проводимость пьезоэлектрического резонатора 6 секции 1;

g_o - проводимость резистора 7 секции 1.

Это выражение было получено в [1] и соответствует случаю, когда резисторы 4 и 5 равны между собой.

Аналогичное выражение можно записать и для любой другой секции, в которой Y_b - является проводимостью пьезоэлектрического резонатора этой секции:

Если выход первой и второй секции подключены к разным входам сумматора, то общая передаточная функция будет определяться с точностью до постоянного множителя (коэффициента передачи сумматора) выражением:

Это соотношение показывает, что передаточная функция фильтра является передаточной функцией симметричной мостовой схемы.

Таким образом, применяя алгебраический сумматор на операционном усилителе, при соответствующем выборе проводимостей Y_a и Y_b получим полосовой фильтр [2].

Кроме того, при выполнении условия равенства резисторов 4, 5 и 7 величине R_o, входное сопротивление секции Z_вх=R _о=const, т.е. будет иметь частотно-независимый характер. Это позволяет соединять секции параллельно по входу, избежав их взаимного влияния друг на друга, как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Выбирая две какие-либо секции, у которых параллельный резонанс пьезоэлектрического резонатора в одной секции совпадает с последовательным резонансом пьезоэлектрического резонатора в другой секции, получим полосовой фильтр.

На фиг.3 показан возможный вариант расположения частот пьезоэлектрических резонаторов четырех секций, позволяющий получить достаточно экономичный вариант дискретно перестраиваемого по частоте фильтра, перекрывающего некоторый частотный диапазон от частоты F_a до частоты F_b. Номер секции фильтра на фиг.2 соответствует частоте последовательного резонанса пьезоэлектрического резонатора фиг.3. Выбор канала осуществляется устройством управления путем подачи тока соответствующей величины на вывод управления током выходного каскада операционного усилителя (например, типа 140УД12 или 1407УД4) соответствующей секции. Включая, например, две смежные секции №2 и №3, реализуем полосу пропускания, представленную суммой полос «В» и «С», см. фиг.3. Операционные усилители, на которые не подан ток управления выходным каскадом, находятся в так называемом «высокоимпедансном состоянии», при котором они не влияют на работу других усилителей. Этим обеспечивается высокая степень развязки каналов между собой и подавление нежелательных каналов работы.

Источники информации

1. Патент РФ №2058058 «Активный широкополосный пьезоэлектрический фильтр», Ясинский И.М., Звягинцев И.В., опубл. 10.04.96 г. Бюл. №10.

2. Великин Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. - М.: Связь, 1966.