МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АКТИВНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР
MULTI-CHANNEL ACTIVE PIEZOELECTRIC FILTER

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора многотрактового радиоприемного устройства.
В качестве частотно-разделительных устройств, используемых в преселекторах и обеспечивающих разделение сигнала в некотором диапазоне частот на несколько отдельных полос, могут быть использованы полосовые LC-фильтры, работающие по входу параллельно и имеющие несколько независимых выходов. В том случае, когда заданный диапазон частот необходимо разделить на отдельные полосы пропускания, относительная ширина полосы которых составляет 2±5%, применяют полосовые пьезоэлектрические фильтры.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является двухполосный активный пьезоэлектрический фильтр [1], выбранный в качестве прототипа. Данный фильтр является простым в реализации и обеспечивает высокие требования по избирательности и стабильности.
Недостатком этого фильтра является то, что ширина полосы пропускания не может превышать величины , где ΔF - величина частотного промежутка, используемого в схеме пьезорезонатора, а n - число каналов.
Задача изобретения - расширение максимально возможной ширины полосы пропускания отдельных каналов при достаточно большом числе каналов.
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 первого и второго 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, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор соединены со вторым входом 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 выходами сумматора, к входной потенциальной клемме фильтра подключены первая и вторая группы пьезорезонаторов, каждая из которых содержит N пьезорезонаторов, к первому выходу сумматора подключена третья группа, состоящая из N пьезорезонаторов, ко второму выходу сумматора подключена четвертая группа, состоящая из N пьезорезонаторов, при этом к каждому из вторых выводов пьезорезонаторов третьей и четвертой групп подключено по два резистора, из которых один вторым своим выводом соединен с общей шиной, а вторые выводы других резисторов соединены между собой попарно так, что в каждую пару включен один из резисторов, подключенный к одному из пьезорезонаторов третьей группы, и другой резистор, подключенный к одному из пьезорезонаторов четвертой группы, каждая из пар упомянутых резисторов соединена с одной из потенциальных выходных клемм фильтра, дополнительно вводится третий и четвертый операционные усилители с отрицательной обратной связью, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом сумматора, выход четвертого операционного усилителя соединен со вторым входом сумматора, ко входу третьего операционного усилителя подключены N резисторов, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов первой группы, ко входу четвертого операционного усилителя подключены N резисторов, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов второй группы.
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены третий и четвертый операционные усилители с отрицательными обратными связями, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом сумматора, выход четвертого операционного усилителя соединен со вторым входом сумматора, ко входу третьего операционного усилителя подключены N резисторов, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов первой группы, ко входу четвертого операционного усилителя подключены N резисторов, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов второй группы.
При сравнении заявляемого устройства 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 сумматора 1, выполненного на первом 2 и втором 3 операционных усилителях с отрицательной обратной связью, к инвертирующим входам первого и второго операционных усилителей подключены первый 4 и второй 5 резисторы, вторые выводы которых соединены с общей шиной, инвертирующий вход первого операционного усилителя через третий резистор 6 и неинвертирующий вход второго операционного усилителя через четвертый резистор 7 соединены с первым входом сумматора 1, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через пятый резистор 8 и инвертирующий вход второго операционного усилителя через шестой резистор 9 соединены со вторым входом сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей через седьмой резистор 10 и восьмой резистор 11 соединены с общей шиной, выходы первого и второго операционных усилителей являются выходами сумматора, к входной потенциальной клемме фильтра подключены N пьезорезонаторов 12 первой группы и N пьезорезонаторов 13 второй группы, к первому выходу сумматора подключены N пьезорезонаторов 14 третьей группы, ко второму выходу сумматора подключены N пьезорезонаторов 15 четвертой группы, к каждому из пьезорезонаторов третьей и четвертой групп подключены соответственно девятый 16 и десятый 17 резисторы, при этом вторые выводы девятых резисторов 16 соединены с общей шиной, а вторые выводы резисторов 17 соединены попарно так, что в каждую пару включен один из резисторов, подключенный к одному из резонаторов третьей группы, каждая из пар резисторов 17 соединена с одной из потенциальных выходных клемм фильтра, кроме того, фильтр содержит третий 18 и четвертый 19 операционные усилители, выход третьего операционного усилителя 18 соединен с первым выходом сумматора, выход четвертого операционного усилителя 19 соединен со вторым входом сумматора, ко входу третьего операционного усилителя 18 подключены N резисторов 20, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов первой группы 12, ко входу четвертого операционного усилителя подключены N резисторов 21, вторые выводы которых соединены со вторыми выводами пьезорезонаторов второй группы 13.
Устройство работает следующим образом.
Первая часть схемы, в которую входят третий операционный усилитель 18 и первая группа пьезорезонаторов 12 и резисторов 20, имеет передаточную функцию
i
i
где Y - проводимость i-го пьезорезонатора первой группы, g - проводимость i-го резистора этой части схемы.
Передаточная функция второй части схемы, состоящей из четвертого операционного усилителя 19, пьезорезонаторов 13 и резисторов 21, будет определяться выражением
k
k
где Y - проводимость k-го пьезорезонатора второй группы, g - проводимость k-го резистора этой части схемы.
Как было показано в [1], на каждом из выходов сумматора формируется передаточная функция следующего вида:
i
k
при условии, что g=g.
k
i
i
1
При этом передаточные функции, сформированные на первом и втором выходах сумматора, равны по модулю и отличаются только знаком (напряжения на этих выходах противофазны). Если частоты резонаторов первой и второй групп выбраны так, что f-f=Δf, а частоты f=f(i-1)δ, то передаточная функция T будет представлять собой гребенчатый фильтр, полоса пропускания каждого из лепестков которого равна Δf, а расстояние между полосами пропускания равно δ.
Поскольку напряжения на каждом из выходов сумматора являются противофазными, то каждая из пар пьезорезонаторов 14 и 15 с подключенными к ним резонаторами 16 и 17 реализует по каждому из выходов полосовую цепь (при условии, что пьезорезонаторы 14 и 15 имеют отстройку по частоте).
i
k
Таким образом, если частоты пьезорезонаторов 12 и 14 равны f, а частоты пьезорезонаторов 13 и 15 равны f, фильтр в целом будет представлять собой каскадное включение гребенчатого фильтра и однозвенного фильтра, полоса пропускания которого совпадает с одним из лепестков АЧХ гребенчатого. Поскольку пьезорезонаторы первой группы (а также и второй) развязаны между собой через резисторы 20, их частотный промежуток не изменится и полоса пропускания каждого канала будет примерно равна удвоенному частотному промежутку используемых пьезорезонаторов независимо от числа каналов.
Расчет параметров резонаторов и нагрузочных сопротивлений может быть проведен по известной методике [2].
Источники информации
1. Патент RU 2190925 «Двухполосный активный пьезоэлектрический фильтр». Насонова Л.В., Ясинский И.М., Яковлев А.Н.
2. Великин Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях Э.В. Пьезоэлектрические фильтры. М., «Связь», 1966.