RU2296418C1 - Broadband multichannel piezoelectric filtering device - Google Patents
Broadband multichannel piezoelectric filtering device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296418C1 RU2296418C1 RU2005123943/09A RU2005123943A RU2296418C1 RU 2296418 C1 RU2296418 C1 RU 2296418C1 RU 2005123943/09 A RU2005123943/09 A RU 2005123943/09A RU 2005123943 A RU2005123943 A RU 2005123943A RU 2296418 C1 RU2296418 C1 RU 2296418C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- resistors
- operational amplifier
- inverting
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоприемных устройствах при обработке сигналов, а также в измерительной технике в качестве многоканального фильтра.The proposed device relates to electronics and can be used in radio receivers when processing signals, as well as in measuring equipment as a multi-channel filter.
Известен ряд фильтрующих устройств, в частности одно из них представлено на фиг.1 [1]. Устройство содержит алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства, при этом к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого является первым входом сумматора, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключены второй и третий резисторы, второй вывод второго резистора является вторым входом сумматора, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, кроме того устройство содержит второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, между входом устройства и входом второго операционного усилителя, а также между входом устройства и входом третьего операционного усилителя включаются один или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.A number of filtering devices are known, in particular, one of them is shown in FIG. 1 [1]. The device contains an algebraic adder made on a differential operational amplifier with resistive negative feedback, the output of which is the output of the device, while the first resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the second output of which is the first input of the adder, the second and third are connected to the non-inverting input of the operational amplifier resistors, the second terminal of the second resistor is the second input of the adder, the second terminal of the third resistor is connected to a common bus In addition, the device contains a second and third inverting operational amplifiers with resistive negative feedbacks, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the said adder, respectively, between the input of the device and the input of the second operational amplifier, as well as between the input of the device and the input of the third operational amplifier or more two-terminal devices consisting of a piezoresonator and a resistor connected in series.
Данное устройство позволяет реализовать многоканальный фильтр с достаточно высокими требованиями по затуханию в полосе задерживания и динамическому диапазону. Оно является наиболее близким к предлагаемому устройству и выбрано в качестве прототипа. Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет реализовать только узкополосные фильтры и не обеспечивает разделения каналов по выходу (имеет только одну общую потенциальную выходную клемму).This device allows you to implement a multi-channel filter with fairly high requirements for attenuation in the delay band and dynamic range. It is the closest to the proposed device and is selected as a prototype. The disadvantage of this device is that it allows you to implement only narrow-band filters and does not provide separation of channels by output (it has only one common potential output terminal).
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, в частности по построению широкополосных пьезоэлектрических фильтров в многоканальном исполнении, имеющих структуру «один вход - N+1 выход».The objective of the invention is the expansion of the functionality of the device, in particular for the construction of broadband piezoelectric filters in multi-channel design, having the structure of "one input - N + 1 output.
Поставленная задача решается тем, что в широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство, содержащее алгебраический сумматор, выполненный на первом операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам первым и вторым резисторами, третий резистор включен между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов через четвертый и пятый резисторы соединены с входами второго и третьего инвертирующих операционных усилителей, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью, при этом выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, вводится последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, подключенный к выходу первого операционного усилителя, второй вывод последовательного контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через шестой резистор с общей шиной.The problem is solved in that in a broadband multichannel piezoelectric filter device containing an algebraic adder, made on the first operational amplifier with resistive negative feedback, with the first and second resistors connected to its inverting and non-inverting inputs, a third resistor is connected between the non-inverting input of the first operational amplifier and a common bus, the first and second piezoresonators, the first conclusions of which are connected to the input potential terminal of the device and the second outputs of the piezoresonators are connected through the fourth and fifth resistors to the inputs of the second and third inverting operational amplifiers, each of which is covered by resistive negative feedback, while the outputs of the second and third operational amplifiers are connected to the second outputs of the first and second resistors, respectively, an oscillatory circuit consisting of an inductor and a capacitor connected to the output of the first operational amplifier, the second output in series This circuit is connected to the potential output terminal of the device and through the sixth resistor with a common bus.
Кроме того в устройство, согласно предмета изобретения, дополнительно вводится N каналов, где N=1, 2, 3..., по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы первого и второго резонаторов у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров в каждом канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.In addition, according to the subject of the invention, N channels are additionally introduced into the device, where N = 1, 2, 3 ..., in structure identical to the main device, while the first conclusions of the first and second resonators of the additionally introduced channels are connected to the input potential terminal of the device and the second conclusions of the serial circuits in each channel are connected to the additionally introduced output potential terminals of the device.
Сущность изобретения состоит в построении широкополосного фильтрующего устройства, допускающего объединение по входу N+1 - независимых каналов и имеющего N+1 отдельных выходов.The essence of the invention consists in the construction of a broadband filtering device, allowing the combination at the input of N + 1 - independent channels and having N + 1 separate outputs.
На фиг.2 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из алгебраического сумматора, выполненного на операционном усилителе 1 с резистивной отрицательной обратной связью 2, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам резисторами 3 и 4, резистор 5 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, пьезорезонаторы 6 и 7, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов 6 и 7 через резисторы 8 и 9 соединены с входами инвертирующих операционных усилителей 10 и 11, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью 12, 13 соответственно, при этом выходы операционных усилителей 10, 11 подключены к вторым выводам резисторов 3 и 4 соответственно, к выходу операционного усилителя 1 подключен последовательный колебательный контур 14, состоящий из катушки индуктивности 15 и конденсатора 16, второй вывод последовательного контура 14 соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через резистор 17 с общей шиной.Figure 2 shows the electrical circuit of the proposed device. The device consists of an algebraic adder made on an
Кроме того устройство выполнено многоканальным, содержащим дополнительно N каналов, по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы резонаторов 6 и 7 у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров 14 в каждом дополнительном канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.In addition, the device is made multi-channel, containing additional N channels, in structure identical to the main device, while the first conclusions of the
Устройство работает следующим образом. Часть схемы устройства от входа ( первые выводы пьезорезонаторов 6 и 7) до выхода алгебраического сумматора (выход операционного усилителя 1) представляет собой полосовой фильтр, передаточная функция которого может быть представлена в виде:The device operates as follows. Part of the device circuit from the input (the first conclusions of the piezoresonators 6 and 7) to the output of the algebraic adder (output of the operational amplifier 1) is a band-pass filter, the transfer function of which can be represented as:
где Y1 и Y2 - проводимости пьезорезонаторов 6 и 7;where Y 1 and Y 2 - the conductivity of the
gH - проводимость нагрузки, определяемая резисторами 8 и 9 (будем считать, что резисторы 8 и 9 равны по величине).g H is the load conductivity determined by
При соответствующем выборе параметров пьезорезонаторов, эта схема реализует полосовой фильтр, ширина полосы пропускания которого не превышает двойного частотного промежутка пьезорезонатора ΔF=fp-fq (здесь fp - частота параллельного резонанса, fq - частота последовательного резонанса пьезорезонатора) [2].With the appropriate choice of the parameters of the piezoresonators, this circuit implements a band-pass filter whose bandwidth does not exceed the double frequency gap of the piezoresonator ΔF = f p -f q (here f p is the frequency of the parallel resonance, f q is the frequency of the serial resonance of the piezoelectric resonator) [2].
Подключение к выходу данной схемы цепочки, образованной последовательным колебательным контуром 14 и резистором 17, приводит к результирующей передаточной функции вида:Connection to the output of this circuit circuit formed by a sequential oscillatory circuit 14 and a resistor 17, leads to the resulting transfer function of the form:
, ,
где L, С - индуктивность и емкость последовательного контура 14,where L, C is the inductance and capacitance of the series circuit 14,
R - сопротивление резистора 17.R is the resistance of the resistor 17.
Решение уравнения р2LC+pRC+1=0, показывает, что результирующая передаточная функция имеет дополнительный комплексный полюсThe solution of the equation p 2 LC + pRC + 1 = 0, shows that the resulting transfer function has an additional complex pole
, ,
где - резонансная частота контура 14.Where is the resonant frequency of the circuit 14.
Можно показать, что на ширину полосы пропускания фильтра влияют действительные части полюсов передаточной функции. Чем более широкополосный фильтр требуется получить, тем большее абсолютное значение должна иметь действительная часть комплексного полюса передаточной функции. В данном случае действительная часть полюса определяется отношением R к L и может варьироваться в достаточно широких пределах.It can be shown that the real parts of the poles of the transfer function affect the filter bandwidth. The wider the bandpass filter you want to get, the greater the absolute value should be the real part of the complex pole of the transfer function. In this case, the real part of the pole is determined by the ratio of R to L and can vary within wide enough limits.
В работе [3] показано, что решение уравнения Y1+gH=0 приводит к выражению вида:In [3] it was shown that solving the equation Y 1 + g H = 0 leads to an expression of the form:
, ,
где Lq - динамическая индуктивность пьезорезонатора;where L q is the dynamic inductance of the piezoresonator;
w1 - частота последовательного резонанса пьезорезонатора;w 1 is the frequency of the series resonance of the piezoresonator;
С0 - статическая емкость пьезорезонатора;With 0 is the static capacity of the piezoresonator;
w0 - средняя частота фильтра;w 0 is the average frequency of the filter;
р - комплексная частота.p is the complex frequency.
Это соотношение позволяет оценить возможность реализации полюса передаточной функции при использовании пьезорезонатора с имеющимися реальными параметрами (Lq, Cq, С0, ΔF).This ratio makes it possible to evaluate the feasibility of implementing the pole of the transfer function when using a piezoelectric resonator with available real parameters (L q , C q , C 0 , ΔF).
Как правило (см., например, в [4]), передаточные функции полосовых цепей третьего порядка (относительно р2) содержат две пары комплексно-сопряженных полюсов с действительными частями σ1 и σ2 и одну пару полюсов с действительной частью σ0, причем σ1≈σ2<σ0. Поэтому возможно первые две пары полюсов реализовать на пьезорезонаторах 6 и 7, входящих в первое звено фильтра, а вторую пару полюсов можно реализовать вторым звеном, состоящим из последовательного LC контура 14 и резистора 17, что позволяет получить в 3-4 раза более широкую полосу пропускания по сравнению с фильтром-прототипом.As a rule (see, for example, [4]), the transfer functions of third-order strip chains (with respect to p 2 ) contain two pairs of complex conjugate poles with real parts σ 1 and σ 2 and one pair of poles with the real part σ 0 , and σ 1 ≈σ 2 <σ 0 . Therefore, it is possible to implement the first two pairs of poles on
Таким образом, в предлагаемом устройстве введение дополнительного каскадно-развязанного LC звена дает возможность получить более широкие полосы пропускания сравнительно простым способом. Подключение дополнительных идентичных по структуре фильтров, которые допускают параллельное соединение по входу, поскольку их нагрузочное сопротивление (определяемое проводимостью gH) практически всегда значительно превышает внутреннее сопротивление источника сигнала, и следовательно, предлагаемое устройство реализует многоканальное фильтрующее устройство в соответствии с поставленной задачей - расширением функциональных возможностей.Thus, in the proposed device, the introduction of an additional cascade-decoupled LC link makes it possible to obtain wider bandwidths in a relatively simple way. Connecting additional filters identical in structure, which allow parallel connection at the input, since their load resistance (determined by the conductivity g H ) almost always significantly exceeds the internal resistance of the signal source, and therefore, the proposed device implements a multi-channel filtering device in accordance with the task - the expansion of functional of opportunities.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2171009, кл. 7 Н 03 Н 9/54, 7/01. Активный пьзоэлектрический фильтр, опубл. 20.07.2001 г., БИ №20.1. RF patent No. 2171009, cl. 7 H 03
2. Великин Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях, Э.В. "Пьезоэлектрические фильтры" - М., Связь, 1966.2. Velikin Y.I., Helmont Z.Ya., Zelyakh, E.V. "Piezoelectric filters" - M., Communication, 1966.
3. Болотюк А.А. Активные кварцевые фильтры на операционных усилителях, - Радиоприборостроение и микроэлектроника. Вып.4, 1975.3. Bolotyuk A.A. Active quartz filters on operational amplifiers, - Radio instrument making and microelectronics. Issue 4, 1975.
4. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров, - М.: Радио и связь, 1983.4. Zaal R. Handbook for the calculation of filters, - M .: Radio and communication, 1983.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | Broadband multichannel piezoelectric filtering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | Broadband multichannel piezoelectric filtering device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2296418C1 true RU2296418C1 (en) | 2007-03-27 |
Family
ID=37999296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | Broadband multichannel piezoelectric filtering device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2296418C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103501417A (en) * | 2013-09-18 | 2014-01-08 | 西安电子工程研究所 | Multichannel radar video receiving machine based on operational amplifier |
-
2005
- 2005-07-27 RU RU2005123943/09A patent/RU2296418C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103501417A (en) * | 2013-09-18 | 2014-01-08 | 西安电子工程研究所 | Multichannel radar video receiving machine based on operational amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109672422B (en) | filter circuit and multiplexer | |
Jerabek et al. | Reconnection-less electronically reconfigurable filter with adjustable gain using voltage differencing current conveyor | |
RU2296418C1 (en) | Broadband multichannel piezoelectric filtering device | |
Singh et al. | New universal biquads employing CFOAs | |
US8659363B2 (en) | OTA-based current-mode filter and oscillator | |
RU133668U1 (en) | BAND ACTIVE FILTER | |
Kumngern et al. | Current-tunable current-mode multifunction filter employing a modified CCCCTA | |
CN112769412B (en) | Double-operational-amplifier elliptic function and inverse Chebyshev active low-pass filter circuit | |
RU2429560C1 (en) | Band-pass piezoelectric filter | |
RU156095U1 (en) | BAND ROTARY FILTER | |
JPH0322727B2 (en) | ||
RU2396704C1 (en) | Multi-channel filtration unit | |
RU2397609C1 (en) | Multi-channel active piezoelectric filter | |
RU2517323C1 (en) | Tunable band-pass arc-filter | |
Maheshwari et al. | Versatile Voltage-Mode Universal Filter Using Differential Difference Current Conveyor. | |
RU2610835C2 (en) | Input device of single-channel multiband radio receiver | |
RU2266612C2 (en) | Digitally tunable active piezoelectric filter | |
RU2168852C2 (en) | Active band-pass piezoelectric filter | |
Srivastava | VDTA based fractional order universal filter | |
RU2560785C2 (en) | Dual-split piezoelectric filter | |
RU2058058C1 (en) | Broad-band active piezoelectric filter | |
RU2168850C1 (en) | Active band-pass piezoelectric filter | |
RU2239279C1 (en) | Piezoelectric band filter handling complex loads | |
RU2190925C1 (en) | Dual-split active piezoelectric filter | |
RU2501156C2 (en) | Highly selective second-order lc bandpass filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110728 |