- Αντιστοίχιση φίλτρου LC
- Φίλτρα L
- Φίλτρα PI
- Άλλα κυκλώματα LC που χρησιμοποιούνται για αντιστοίχιση αντίστασης
Στο προηγούμενο άρθρο, συζητήσαμε τα βασικά στοιχεία της αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης και τον τρόπο χρήσης ενός μετασχηματιστή αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης. Εκτός από τη χρήση ενός μετασχηματιστή αντιστοίχισης αντίστασης, οι σχεδιαστές μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν κυκλώματα φίλτρου αντίστασης στην έξοδο ενός ενισχυτή RF που μπορεί να διπλασιαστεί ως κύκλωμα φιλτραρίσματος και επίσης ως κύκλωμα αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης. Υπάρχουν πολλοί τύποι κυκλωμάτων φίλτρου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αντιστοίχιση αντίστασης, οι πιο συνηθισμένοι συζητούνται σε αυτό το άρθρο.
Αντιστοίχιση φίλτρου LC
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορα φίλτρα LC για να ταιριάζουν με τις αντίσταση και να παρέχουν φιλτράρισμα. Το φιλτράρισμα είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την έξοδο των ενισχυτών RF ισχύος επειδή δημιουργούν πολλές ανεπιθύμητες αρμονικές που πρέπει να φιλτραριστούν πριν μεταδοθούν από την κεραία, επειδή μπορούν να προκαλέσουν παρεμβολές και μετάδοση σε συχνότητες διαφορετικές από αυτές που ο σταθμός έχει εγκριθεί για μετάδοση. μπορεί να είναι παράνομο. Θα καλύψουμε φίλτρα LC χαμηλής διέλευσηςεπειδή οι ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων παράγουν αρμονικές μόνο και τα αρμονικά σήματα είναι πάντα το πλήρες πολλαπλό των βασικών σημάτων, επομένως έχουν πάντα υψηλότερες συχνότητες από το βασικό σήμα - για αυτό χρησιμοποιούμε φίλτρα χαμηλής διέλευσης, αφήνουν το επιθυμητό σήμα να περάσει απαλλαγείτε από αρμονικές. Όταν σχεδιάζουμε φίλτρα LC, θα μιλάμε για αντίσταση πηγής και αντίσταση φορτίου αντί για σύνθετη αντίσταση, διότι εάν το φορτίο ή η πηγή έχει κάποια σειρά ή παράλληλη αυτεπαγωγή ή χωρητικότητα και επομένως μη αντίσταση αντίσταση οι υπολογισμοί γίνονται πολύ πιο περίπλοκοι. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε ένα φίλτρο PI ή μια αριθμομηχανή φίλτρου L. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα, κεραίες κατάλληλα κατασκευασμένες και συντονισμένες, δέκτες τηλεόρασης και ραδιοφώνου, πομποί, κ.λπ. αντίσταση εξόδου / εισόδου = αντίσταση.
Συντελεστής «Q»
Κάθε φίλτρο LC έχει μια παράμετρο γνωστή ως παράγοντα Q (ποιότητα), στα φίλτρα χαμηλής διέλευσης και υψηλής διέλευσης καθορίζει την απόκριση της απόκρισης συχνότητας. Ένα χαμηλό Q φίλτρο θα είναι πολύ ευρυζωνικό και δεν θα φιλτράρει τις ανεπιθύμητες συχνότητες τόσο καλά όσο ένα υψηλό Q φίλτρο. Ένα φίλτρο υψηλού Q θα φιλτράρει τις ανεπιθύμητες συχνότητες, αλλά θα έχει μια ηχηρή κορυφή, οπότε θα λειτουργεί επίσης ως φίλτρο διέλευσης ζώνης. Ο παράγοντας High Q μερικές φορές μειώνει την απόδοση.
Φίλτρα L
Τα φίλτρα L είναι η απλούστερη μορφή φίλτρων LC. Αποτελούνται από έναν πυκνωτή και έναν επαγωγέα, συνδεδεμένους με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που βρίσκεται στα φίλτρα RC, με τον επαγωγέα να αντικαθιστά την αντίσταση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αντιστάθμιση της σύνθετης αντίστασης που είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από την αντίσταση πηγής Σε κάθε φίλτρο L, υπάρχει μόνο ένας συνδυασμός L και C που μπορεί να αντιστοιχίσει μια δεδομένη σύνθετη αντίσταση εισόδου με δεδομένη αντίσταση εξόδου.
Για παράδειγμα, για να ταιριάξει ένα φορτίο 50 Ω με ένα φορτίο 100 Ω στα 14MHz, χρειαζόμαστε έναν επαγωγέα 560nH με έναν πυκνωτή 114pF - αυτός είναι ο μόνος συνδυασμός που μπορεί να ταιριάζει σε αυτήν τη συχνότητα με αυτές τις αντιστάσεις. Ο παράγοντας Q τους και επομένως πόσο καλό είναι το φίλτρο
√ ((R A / R B) -1) = Q
Όπου το R A είναι η μεγαλύτερη σύνθετη αντίσταση, το RL είναι η μικρότερη αντίσταση και το Q είναι ο παράγοντας Q με το κατάλληλο φορτίο συνδεδεμένο.
Στην περίπτωσή μας, το φορτωμένο Q θα είναι ίσο με √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Εάν θέλαμε περισσότερο ή λιγότερο φιλτράρισμα (διαφορετικό Q), θα χρειαζόμασταν Φίλτρο PI, όπου το Q είναι πλήρως ρυθμιζόμενο και μπορείτε να έχετε διαφορετικούς συνδυασμούς L και C που μπορούν να σας δώσουν την απαιτούμενη αντιστοίχιση σε μια δεδομένη συχνότητα, ο καθένας με διαφορετικό Q.
Για να υπολογίσουμε τις τιμές των εξαρτημάτων φίλτρου L, χρειαζόμαστε τρία πράγματα: αντίσταση εξόδου της πηγής, αντίσταση του φορτίου και συχνότητα λειτουργίας.
Για παράδειγμα, η αντίσταση εξόδου της πηγής θα είναι 3000 Ω, η αντίσταση φορτίου θα είναι 50 Ω και η συχνότητα είναι 14 MHz. Δεδομένου ότι η αντίσταση πηγής μας είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση φορτίου, θα χρησιμοποιήσουμε το φίλτρο "b"
Πρώτον, πρέπει να υπολογίσουμε την αντιδραστικότητα των δύο συστατικών ενός φίλτρου L και μετά μπορούμε να υπολογίσουμε την επαγωγή και την χωρητικότητα με βάση την αντίδραση και τη συχνότητα χρήσης:
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
Χρησιμοποιούμε μια αριθμομηχανή αντίδρασης για να προσδιορίσουμε μια επαγωγή που έχει μια αντίσταση 384.1 Ω στα 14MHz
L = 4,37 μH X C = (R S * R L) / X L X C = (50 Ω * 3000 Ω) / 384,1 Ω Χ C = 150000 Ω 2 / 384,1 Ω Χ C = 390,6 Ω
Χρησιμοποιούμε μια αριθμομηχανή αντίδρασης για να προσδιορίσουμε μια επαγωγή που έχει αντίσταση 390,6 Ω στα 14MHz
C = 29,1 pF
Όπως μπορείτε να δείτε, η απόκριση συχνότητας του φίλτρου είναι χαμηλή διέλευση με κορυφή συντονισμού στα 14MHz, η κορυφή συντονισμού προκαλείται από το φίλτρο που έχει υψηλό Q εάν το Q ήταν χαμηλότερο, το φίλτρο θα ήταν χαμηλή διέλευση χωρίς κορυφή. Εάν θέλαμε ένα διαφορετικό Q, έτσι το φίλτρο θα ήταν πιο ευρυζωνικό, θα χρειαζόταν να χρησιμοποιήσουμε ένα φίλτρο PI επειδή το Q του φίλτρου L εξαρτάται από την αντίσταση πηγής και την αντίσταση φορτίου. Εάν χρησιμοποιήσουμε αυτό το κύκλωμα για να ταιριάξουμε την αντίσταση εξόδου ενός σωλήνα ή ενός τρανζίστορ, θα πρέπει να αφαιρέσουμε την έξοδο στη χωρητικότητα γείωσης από τον πυκνωτή του φίλτρου, επειδή είναι παράλληλα. Εάν χρησιμοποιούμε τρανζίστορ με χωρητικότητα συλλέκτη-εκπομπού (γνωστή και ως χωρητικότητα εξόδου) 10pF, η χωρητικότητα του C πρέπει να είναι 19.1 pF αντί για 29.1 pF.
Φίλτρα PI
Το φίλτρο PI είναι ένα πολύ ευέλικτο κύκλωμα αντιστοίχισης, αποτελείται από 3 αντιδραστικά στοιχεία, συνήθως δύο πυκνωτές και έναν επαγωγέα. Σε αντίθεση με το φίλτρο L, όπου μόνο ένας συνδυασμός L και C έδωσε την απαιτούμενη αντιστάθμιση σύνθετης αντίστασης σε μια δεδομένη συχνότητα, το φίλτρο PI επιτρέπει πολλαπλούς συνδυασμούς C1, C2 και L για την επίτευξη της επιθυμητής αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης, κάθε συνδυασμός έχει διαφορετικό Q.
Τα φίλτρα PI χρησιμοποιούνται συχνότερα σε εφαρμογές, όπου υπάρχει ανάγκη συντονισμού σε διαφορετικές αντιστάσεις φορτίου ή ακόμη και σύνθετες σύνθετες αντίσταση, όπως ενισχυτές ισχύος RF επειδή ο λόγος αντίστασης εισόδου προς έξοδο (r i) καθορίζεται από την αναλογία τετραγωνικών πυκνωτών, έτσι Όταν συντονίζετε σε διαφορετική αντίσταση, το πηνίο μπορεί να παραμείνει το ίδιο, ενώ συντονίζονται μόνο οι πυκνωτές. Οι ενισχυτές ισχύος C1 και C2 σε RF συχνά μεταβάλλονται.
(C1 / C2) ² = r i
Όταν θέλουμε ένα πιο ευρυζωνικό φίλτρο, χρησιμοποιούμε το Q λίγο πάνω από το Q krit όταν θέλουμε ένα πιο ευκρινές φίλτρο, όπως στην έξοδο ενός ενισχυτή ισχύος RF, χρησιμοποιούμε Q που είναι πολύ μεγαλύτερο από το Q krit, αλλά κάτω από το 10, ως όσο υψηλότερο είναι το φίλτρο Q τόσο χαμηλότερη είναι η απόδοση. Το τυπικό Q των φίλτρων PI στα στάδια εξόδου RF είναι 7, αλλά αυτή η τιμή μπορεί να διαφέρει.
Q κριτής = √ (R A / R B -1)
Όπου: το R A είναι η υψηλότερη από τις δύο αντιστάσεις (πηγή ή φορτίο) και το R B είναι η μικρότερη αντίσταση. Γενικά, μπορεί να θεωρηθεί το φίλτρο PI στο υψηλότερο Q, αγνοώντας το ταίριασμα σύνθετης αντίστασης ως παράλληλο κύκλωμα συντονισμού κατασκευασμένο από πηνίο L και πυκνωτή C με χωρητικότητα ίση με:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Αυτό το συντονιστικό κύκλωμα θα πρέπει να αντηχεί στη συχνότητα που θα χρησιμοποιηθεί το φίλτρο.
Για να υπολογίσουμε τις τιμές των εξαρτημάτων φίλτρου PI χρειαζόμαστε τέσσερα πράγματα: αντίσταση εξόδου της πηγής, αντίσταση φορτίου, συχνότητα λειτουργίας και Q.
Για παράδειγμα, πρέπει να αντιστοιχίσουμε μια πηγή 8Ω με ένα φορτίο 75Ω με ένα Q του 7.
Το R A είναι το υψηλότερο από τις δύο αντιστάσεις (πηγή ή φορτίο) και το R B είναι η μικρότερη αντίσταση.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 Χ C1 = 10,7 Ω
Χρησιμοποιούμε μια αριθμομηχανή αντίδρασης για να προσδιορίσουμε μια χωρητικότητα που έχει αντίσταση 10,7 Ω στα 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 Χ L = (575 Ω + (167 Ω)) / 50 Χ L = 742 Ω / 50 Χ L = 14,84 Ω
Χρησιμοποιούμε μια αριθμομηχανή αντίδρασης για να προσδιορίσουμε μια επαγωγή που έχει μια αντίσταση 14.84 Ω στα 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
Χρησιμοποιούμε μια αριθμομηχανή αντίδρασης για να προσδιορίσουμε μια χωρητικότητα που έχει αντίσταση 3,59 Ω στα 7 MHz
C2 = 6.3nF
Όπως και με το φίλτρο L, εάν η συσκευή εξόδου μας έχει χωρητικότητα εξόδου (πλάκα-κάθοδος για σωλήνες, συλλέκτης σε εκπομπό για BJT, συχνά μόνο χωρητικότητα εξόδου για MOSFET, σωλήνες και BJTs) πρέπει να το αφαιρέσουμε από το C1 επειδή αυτή η χωρητικότητα είναι συνδέεται παράλληλα με αυτό. Εάν χρησιμοποιούσαμε ένα τρανζίστορ IRF510, με χωρητικότητα εξόδου 180 pF, ως συσκευή εξόδου ισχύος το C1 θα πρέπει να είναι 6,3 nF-0,18 nF, έτσι 6,17 nF. Εάν χρησιμοποιούσαμε πολλαπλά τρανζίστορ παράλληλα για να πάρουμε υψηλότερη ισχύ εξόδου, οι χωρητικότητες θα άθροισαν.
Για 3 IRF510 θα ήταν 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, έτσι 5,76 nF αντί για 6,3 nF.
Άλλα κυκλώματα LC που χρησιμοποιούνται για αντιστοίχιση αντίστασης
Υπάρχουν πολλά διαφορετικά κυκλώματα LC που χρησιμοποιούνται για να ταιριάζουν με τις αντίσταση, όπως φίλτρα T, ειδικά κυκλώματα αντιστοίχισης για ενισχυτές ισχύος τρανζίστορ ή φίλτρα PI-L (φίλτρο PI με έναν πρόσθετο επαγωγέα).
