Полосовой активный пьезоэлектрический фильтр с постоянным входным сопротивлением

Полосовой активный пьезоэлектрический фильтр с постоянным входным сопротивлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано для селекции сигналов в блоках ПЧ профессиональных радиоприемных устройств.

Известен полосовой активный пьезоэлектрический фильтр [1], выполненный на двух операционных усилителях с дифференциальным входом, к неинвертирующим входам каждого из операционных усилителей подключены пьезорезонатор и резистор, при этом вторые выводы пьезорезонаторов соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы резисторов соединены с общей шиной, к каждому из выходов операционных усилителей подключен пьезорезонатор, вторые выводы которых через один резистор соединены с общей шиной и через другой - с выходной клеммой фильтра.

Этот фильтр является наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству и выбран в качестве прототипа. Фильтр-прототип реализует передаточную функцию полосовой цепи четвертого порядка, обеспечивает высокую избирательность и высокий динамический диапазон. Недостатком его является то, что его входное сопротивление является частотно-зависимым и в ряде случаев требует применения дополнительных устройств сопряжения с аппаратными средствами, в которых он применяется.

Задача изобретения - получение фильтра, имеющего постоянное, не зависящее от частоты входное сопротивление.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий первый и второй дифференциальные операционные усилители с отрицательными обратными связями, к неинвертирующему входу первого операционного усилителя подключен первый пьезорезонатор, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, и первый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, к неинвертирующему входу второго операционного усилителя подключены второй пьезорезонатор, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, и второй резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, к выходу первого операционного усилителя подключен третий пьезорезонатор, второй вывод которого соединен с третьим и четвертым резисторами, к выходу второго операционного усилителя подключен четвертый пьезорезонатор, второй вывод которого соединен с пятым и шестым резисторами, при этом вторые выводы третьего и пятого резисторов соединены с выходной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы четвертого и шестого резисторов соединены с общей шиной, инвертирующие входы операционных усилителей соединены через седьмой резистор, дополнительно введены восьмой и девятый резисторы, восьмой резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, девятый резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, вторые выводы восьмого и девятого резисторов соединены и подключены к входной потенциальной клемме фильтра.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены восьмой и девятый резисторы, при этом восьмой резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, девятый резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, вторые выводы восьмого и девятого резисторов подключены к входной потенциальной клемме фильтра.

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

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первого операционного усилителя 1 и второго операционного усилителя 2, к неинвертирующему входу первого операционного усилителя подключен первый пьезорезонатор 3 и первый резистор 4, к неинвертирующему входу второго операционного усилителя подключен второй пьезорезонатор 5 и второй резистор 6, вторые выводы пьезорезонаторов 3 и 5 соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы резисторов 4 и 6 соединены с общей шиной, к выходу первого операционного усилителя подключен третий пьезорезонатор 7, вторым выводом подключенный к третьему резистору 8 и четвертому резистору 9, выход второго операционного усилителя подключен к четвертому пьезорезонатору 10, второй вывод которого соединен с пятым резистором 11 и шестым резистором 12, вторые выводы резисторов 8 и 11 соединены с выходной потенциальной клеммой фильтра, вторые выводы резисторов 9 и 12 соединены с общей шиной, инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены через седьмой резистор 13, дополнительный восьмой резистор 14 соединяет инвертирующий вход первого операционного усилителя с входной потенциальной клеммой фильтра, дополнительный девятый резистор 15 соединяет инвертирующий вход второго операционного усилителя с входной потенциальной клеммой фильтра.

Для пояснения работы устройства рассмотрим схему, приведенную на фиг.2. С учетом обозначений проводимостей и нумерации узлов, приведенных на фиг.2, запишем матрицу проводимостей этой схемы.

	1	2	3	4	5	6	7
1	Y1+Y2+2g	-Y1	-Y2	-g	-g	0	0
2	-Y1	Y1+g	0	0	0	0	0
3	-У2	0	Y2+g	0	0	0	0
4	-g	0	0	g0+2g	-g0	-g	0
5	-g	0	0	-g0	g0+2g	0	-g
6	0	-1	0	+1	0	0	0
7	0	0	-1	0	+1	0	0

Вычислив определители матрицы Δ, Δ₁₁, Δ₁₇, Δ16 при условии, что g₀>>g, получим:

Δ=2g³(Y₁+g)(Y₂+g);

Δ₁₁=g²(Y₁+g)(Y₂+g);

Δ₁₇=g²g₀(Y₂-Y₁)+g³;

Δ₁₆=-g²g₀(Y₂-Y₁)+g³.

Используя известные правила нахождения входного сопротивления и передаточных функций по матрице проводимостей четырехполюсника [2], получим:

.

Здесь Z_вх - входное сопротивление цепи в первом узле, T₁₇(T₁₆) - передаточная функция цепи в седьмом (шестом) узлах относительно первого узла.

Таким образом, входное сопротивление фильтра схемы не зависит от параметров реактивных составляющих элементов, входящих в ее состав, и равно половине сопротивления резисторов 4, 6, 13, 14, передаточные функции Т₁₆ и T₁₇ равны по модулю и соответствуют передаточной функции симметричной мостовой цепи, в одной ветви которой включена проводимость Y₁, в другой - проводимость Y₂, нагруженной на сопротивление .

Поскольку напряжение на выходе первого операционного усилителя равно по величине и противоположно по знаку напряжению на выходе второго операционного усилителя, то часть схемы, выполненная на пьезорезонаторах 7, 10 и резисторах 8, 9, 11, 12, реализует также передаточную функцию симметричной мостовой цепи, передаточная функция которой равна

Здесь Y₃ и Y₄ - проводимости пьезорезонаторов 7 и 10, а проводимость (при условии, что проводимость резисторов 8 и 11 равна g₇, проводимости резисторов 9 и 12 равны g₈, проводимость нагрузки, подключенной к выходным зажимам, равна g_н).

Результирующая передаточная функция фильтра определяется произведением Т₁₇ и T₂

,

и, следовательно, соответствует двум каскадно включенным мостовым фильтрам, содержащим по одному пьезорезонатору в каждой из ветвей, как и в фильтре-прототипе. В отличие от прототипа входное сопротивление предлагаемого фильтра будет постоянным и активным.

Источники информации

1. Патент РФ №2168850 «Активный полосовой пьезоэлектрический фильтр» от 13.03.2000 г. Авторы: Яковлев А.Н., Ясинский И.М.

2. Сигорский В.П. Анализ электронных схем. Киев, Гостехиздат УССР, 1964.

Полосовой активный пьезоэлектрический фильтр с постоянным входным сопротивлением, содержащий первый и второй дифференциальные операционные усилители с отрицательной обратной связью, к неинвертирующему входу первого операционного усилителя подключены первый пьезорезонатор, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, и первый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, к неинвертирующему входу второго операционного усилителя подключены второй пьезорезонатор, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, и второй резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной, к выходу первого операционного усилителя подключен третий пьезорезонатор, второй вывод которого подключен к третьему и четвертому резисторам, выход второго операционного усилителя подключен к четвертому пьезорезонатору, второй вывод которого подключен к пятому и шестому резисторам, вторые выводы третьего и пятого резисторов соединены и подключены к выходной потенциальной клемме фильтра, вторые выводы четвертого и шестого резисторов подключены к общей шине, инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены через седьмой резистор, отличающийся тем, что в фильтр введены дополнительно восьмой и девятый резисторы, при этом восьмой резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, девятый резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, вторые выводы восьмого и девятого резисторов соединены и подключены к входной потенциальной клемме фильтра.