- Pagtutugma sa LC Filter
- Mga L filter
- Mga Filter ng PI
- Iba pang mga circuit ng LC na Ginamit para sa pagtutugma ng Impedance
Sa nakaraang artikulo, tinalakay namin ang mga pangunahing kaalaman sa pagtutugma ng impedance at kung paano gamitin ang isang impedance match transformer. Bukod sa paggamit ng isang impedance match transformer, ang mga taga-disenyo ay maaari ding gumamit ng mga circuit ng Impedance Filter sa output ng isang RF amplifier na maaaring doble bilang isang filtering circuit at bilang impedance matching circuit. Mayroong maraming mga uri ng mga circuit ng filter na maaaring magamit para sa pagtutugma ng Impedance, ang pinakakaraniwan na mga tinatalakay sa artikulong ito.
Pagtutugma sa LC Filter
Maaaring magamit ang iba`t ibang mga filter ng LC upang tumugma sa mga impedance at magbigay ng pag-filter. Lalo na mahalaga ang pag-filter sa output ng mga power amplifier ng RF dahil nakakabuo sila ng maraming mga hindi nais na harmonika na kailangang ma-filter bago mailipat ng antena dahil maaari silang maging sanhi ng pagkagambala at paglilipat sa mga frequency na iba sa mga naaprubahan ng istasyon na magpadala sa maaaring iligal. Saklaw namin ang mga low-pass na filter ng LCdahil ang mga power amplifier ng radyo ay bumubuo lamang ng mga harmonika, at ang mga signal ng harmonic ay palaging ang buong maramihang mga signal ng base, kaya palagi silang may mas mataas na mga frequency kaysa sa base signal - ito ang dahilan kung bakit gumagamit kami ng mga low-pass filter, pinapayagan nila ang nais na signal habang nakakakuha mapupuksa ang mga harmonika. Kapag nagdidisenyo ng mga filter ng LC, pag-uusapan natin ang paglaban ng mapagkukunan at paglaban ng pag-load sa halip na impedance, dahil kung ang pagkarga o mapagkukunan ay may ilang serye o parallel inductance o capacitance, at samakatuwid ay hindi lumalaban na impedance ang mga pagkalkula ay magiging mas kumplikado. Sa kasong ito, pinakamahusay na gumamit ng isang filter ng PI o calculator ng L filter. Sa karamihan ng mga kaso, tulad ng mga integrated circuit, maayos na ginawa at na-tuned na antennas, TV at radio receivers, transmitter, atbp output / input impedance = resistensya.
Salik na "Q"
Ang bawat filter ng LC ay may isang parameter na kilala bilang isang kadahilanan ng Q (kalidad), sa mababang pag-pass at mga high pass filter na tinutukoy nito ang matarik ng tugon ng dalas. Ang isang mababang Q filter ay magiging napaka broadband at hindi mai-filter ang mga hindi nais na frequency na kasing ganda ng isang mataas na Q filter. Ang isang mataas na Q filter ay mag-filter ng mga hindi nais na frequency, ngunit magkakaroon ito ng isang tumutunog na rurok, kaya't ito rin ang kikilos bilang isang bandpass filter. Ang isang kadahilanan ng Mataas na Q minsan ay binabawasan ang kahusayan.
Mga L filter
Ang L filters ay ang pinakasimpleng anyo ng mga filter ng LC. Binubuo ang mga ito ng isang kapasitor at isang inductor, na konektado sa isang paraan na katulad sa matatagpuan sa mga filter ng RC, na pinapalitan ng inductor ang risistor. Maaari silang magamit upang tumugma sa impedance na mas mataas o mas mababa kaysa sa pinagmulan ng impedance. Sa bawat L filter, mayroon lamang isang kumbinasyon ng L at C na maaaring tumugma sa isang naibigay na impedance ng input sa ibinigay na impedance ng output.
Halimbawa, upang maitugma ang isang 50 Ω na pag-load sa isang 100 Ω na pag-load sa 14MHz, kailangan namin ng isang 560nH inductor na may isang 114pF capacitor - ito lamang ang kumbinasyon na maaaring gawin ang pagtutugma sa dalas na ito sa mga resistensya na ito. Ang kanilang Q factor, at samakatuwid kung gaano kahusay ang katumbas ng filter
√ ((R A / R B) -1) = Q
Kung saan ang R A ay ang mas malaking impedance, ang RL ay ang mas maliit na impedance, at Q ang Q factor na may naaangkop na koneksyon na naaangkop.
Sa aming kaso, ang na-load na Q ay magiging katumbas ng √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Kung nais natin ang higit pa o mas kaunting pagsala (magkakaibang Q), kakailanganin namin ang Ang filter ng PI, kung saan ang Q ay ganap na naaayos at maaari kang magkaroon ng iba't ibang mga kombinasyon ng L at C na maaaring magbigay sa iyo ng kinakailangang pagtutugma sa isang naibigay na dalas, bawat isa ay may magkakaibang Q.
Upang makalkula ang mga halaga ng mga bahagi ng L filter, kailangan namin ng tatlong bagay: paglaban ng output ng mapagkukunan, paglaban ng pag-load, at ang dalas ng operasyon.
Halimbawa, ang paglaban ng output ng mapagkukunan ay 3000 Ω, ang resistensya sa pag-load ay magiging 50 Ω, at ang dalas ay 14 MHz. Dahil ang aming paglaban sa mapagkukunan ay mas malaki kaysa sa resistensya ng pag-load, gagamitin namin ang filter na "b"
Una, kailangan nating kalkulahin ang reaktibo ng dalawang bahagi ng isang L filter, pagkatapos ay maaari nating kalkulahin ang inductance at capacitance batay sa reaktibo at dalas ng paggamit:
X L = √ (R S * (R L -R S)) X L = √ (50 Ω * (3000 Ω-50 Ω) X L = √ (50 Ω * (3000 Ω-50 Ω) X L = √ (50 Ω * 2950 Ω) X L = √ (50 Ω * 2950 Ω) X L = √147500 Ω 2 X L = 384.1 Ω
Gumagamit kami ng calculator ng reaktibo upang matukoy ang isang inductance na mayroong 384.1 Ω reaktibo sa 14MHz
L = 4.37 μH X C = (R S * R L) / X L X C = (50 Ω * 3000 Ω) /384.1 Ω X C = 150000 Ω 2 /384.1 Ω X C = 390.6 Ω
Gumagamit kami ng calculator ng reaktibo upang matukoy ang isang inductance na mayroong 390.6 Ω reaktibo sa 14MHz
C = 29.1 pF
Tulad ng nakikita mo, ang tugon sa dalas ng filter ay isang mababang pass na may isang tumutunog na rurok sa 14MHz, ang rurok ng resonant ay sanhi ng filter na may isang mataas na Q kung ang Q ay mas mababa, ang filter ay magiging lowpass nang walang isang rurok. Kung nais namin ng ibang Q, kaya ang filter ay magiging mas broadband, kakailanganin naming gumamit ng isang filter ng PI dahil ang Q ng filter ng L ay nakasalalay sa paglaban ng mapagkukunan at paglaban sa pag-load. Kung gagamitin namin ang circuit na ito upang tumugma sa output impedance ng isang tubo o isang transistor, kakailanganin naming ibawas ang output sa ground capacitance mula sa capacitor ng filter dahil magkapareho ang mga ito. Kung gumagamit kami ng isang transistor na may isang capacitor ng kolektor-emitter (aka output capacitance) ng 10pF, ang capacitance ng C ay dapat na 19.1 pF sa halip na 29.1 pF.
Mga Filter ng PI
Ang filter ng PI ay isang napaka-maraming nalalaman na pagtutugma ng circuit, binubuo ito ng 3 mga reaktibo na elemento, karaniwang dalawang capacitor at isang inductor. Hindi tulad ng L filter, kung saan ang isang kumbinasyon lamang ng L at C ang nagbigay ng kinakailangang pagtutugma ng impedance sa isang naibigay na dalas na pinapayagan ng filter ng PI para sa maraming mga kumbinasyon ng C1, C2, at L upang makamit ang nais na pagtutugma ng impedance, ang bawat kumbinasyon ay may iba't ibang Q.
Ang mga filter ng PI ay mas madalas na ginagamit sa mga application, kung saan kinakailangan ng pag-tune sa iba't ibang resistensya ng pag-load o kahit na mga kumplikadong impedance, tulad ng mga RF power amplifiers dahil ang kanilang input sa output impedance ratio (r i) ay natutukoy ng ratio ng mga capacitor na parisukat, kaya kapag ang pag-tune sa ibang impedance ang coil ay maaaring manatiling pareho, habang ang mga capacitor lamang ang na-tune. Ang C1 at C2 sa mga RF power amplifier ay madalas na variable.
(C1 / C2) ² = r i
Kapag nais namin ang isang mas malawak na filter ng broadband ginagamit namin ang Q nang kaunti sa itaas ng Q crit kapag nais namin ang isang mas matalas na filter, tulad ng sa output ng isang RF power amplifier ginagamit namin ang Q na mas malaki kaysa sa Q crit, ngunit sa ibaba 10, bilang mas mataas ang filter ng Q mas mababa ang kahusayan. Karaniwang Q ng mga filter ng PI sa mga yugto ng output ng RF ay 7, ngunit maaaring magkakaiba ang halagang ito.
Q crit = √ (R A / R B -1)
Kung saan: Ang R A ay mas mataas sa dalawa (mapagkukunan o pag-load) ng mga resistensya at ang R B ay ang mas maliit na paglaban. Sa pangkalahatan, ang PI filter sa mas mataas na Q ay maaaring isaalang-alang, hindi pinapansin ang pagtutugma ng impedance bilang isang parallel resonant circuit na ginawa mula sa isang coil L at isang capacitor C na may isang capacitance na katumbas ng:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Ang resonant circuit na ito ay dapat na tumunog sa dalas ng filter na gagamitin.
Upang makalkula ang mga halaga ng mga bahagi ng filter ng PI kailangan namin ng apat na bagay: paglaban ng output ng mapagkukunan, paglaban ng pag-load, dalas ng operasyon, at Q.
Halimbawa, kailangan naming tumugma sa isang 8Ω mapagkukunan sa isang 75Ω load sa isang Q ng 7.
Ang R A ay mas mataas sa dalawang resistensya (pinagmulan o pag-load) at ang R B ay ang mas maliit na resistensya.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10.7 Ω
Gumagamit kami ng calculator ng reaktibo upang matukoy ang isang kapasidad na mayroong 10.7 Ω reaktibo sa 7 MHz
C1 = 2.12 nF X L = (Q * R A + (R A * R B / X C2)) / (Q 2 +1) X L = (7 * 75 Ω + (75 Ω * 8 Ω / 3.59 Ω)) / 7 2 +1 X L = (575 Ω + (600 Ω 2 /3.59 Ω)) / 50 X L = (575 Ω + (167 Ω)) / 50 X L = 742 Ω / 50 X L = 14.84 Ω
Gumagamit kami ng calculator ng reaktibo upang matukoy ang isang inductance na mayroong 14.84 Ω reaktibo sa 7 MHz
L = 340 nH X C2 = R B * √ ((R A / R B) / (Q 2 + 1- (R A / R B))) X C2 = 8 Ω * √ ((75 Ω / 8 Ω) / (Q 2 + 1- (75 Ω / 8 Ω))) X C2 = 8 Ω * √ (9.38 / (49 + 1-3.38)) X C2 = 8 Ω * √ (9.38 / 46.62) X C2 = 8 Ω * √0.2 X C2 = 8 Ω * 0.45 X C2 = 3.59 Ω
Gumagamit kami ng calculator ng reaktibo upang matukoy ang isang kapasidad na mayroong 3.59 Ω reaktibo sa 7 MHz
C2 = 6.3nF
Tulad ng sa L filter, kung ang aming output aparato ay may anumang output capacitance (plate-cathode para sa mga tubo, collector upang i-emitter para sa BJT, madalas na output lamang ng capacitance para sa MOSFETs, tubes, at BJTs) kailangan nating ibawas ito mula sa C1 dahil ang capacitance na iyon ay konektado kahanay dito. Kung gumamit kami ng isang IRF510 transistor, na may isang 180 pF output capacitance, bilang isang power output aparato C1 ay kailangang maging 6.3 nF-0.18 nF, kaya 6.17 nF. Kung gumamit kami ng maraming mga transistor sa kahanay upang makakuha ng isang mas mataas na lakas ng output ang mga capacitance ay sumasama.
Para sa 3 IRF510 ito ay magiging 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF, kaya 5.76 nF sa halip na 6.3 nF.
Iba pang mga circuit ng LC na Ginamit para sa pagtutugma ng Impedance
Mayroong maraming iba't ibang mga circuit ng LC na ginamit upang tumugma sa mga impedance, tulad ng mga T filter, espesyal na pagtutugma ng mga circuit para sa mga amplifier ng transistor power, o mga filter ng PI-L (filter ng PI na may isang karagdagang inductor).
