Dalam artikel sebelumnya, kami membincangkan asas-asas pemadanan impedans dan cara menggunakan transformer pemadanan impedans. Selain menggunakan transformer pencocokan impedansi, perancang juga dapat menggunakan litar Penapis Impedansi pada keluaran penguat RF yang dapat digandakan sebagai rangkaian penyaringan dan juga sebagai rangkaian pencocokan impedansi. Terdapat banyak jenis litar penapis yang boleh digunakan untuk pencocokan Impedansi, yang paling biasa dibincangkan dalam artikel ini.
Pemadanan Penapis LC
Pelbagai penapis LC dapat digunakan untuk mencocokkan impedansi dan menyediakan penyaringan. Penapisan sangat penting pada keluaran penguat RF kuasa kerana mereka menghasilkan banyak harmonik yang tidak diingini yang harus disaring sebelum dihantar oleh antena kerana ia boleh menyebabkan gangguan dan penghantaran pada frekuensi selain yang disetujui oleh stesen untuk dihantar. boleh menyalahi undang-undang. Kami akan merangkumi penapis LC lulus rendahkerana penguat kuasa radio hanya menghasilkan harmonik, dan isyarat harmonik selalu menjadi keseluruhan isyarat asas, jadi mereka selalu mempunyai frekuensi yang lebih tinggi daripada isyarat asas - inilah sebabnya mengapa kita menggunakan penapis lulus rendah, mereka membiarkan isyarat yang dikehendaki melalui menghilangkan harmonik. Semasa merancang penapis LC, kita akan membicarakan rintangan sumber dan rintangan beban dan bukannya impedans, kerana jika beban atau sumber mempunyai beberapa induktansi atau kapasitansi selari, dan oleh itu impedans non-resistif pengiraan menjadi lebih rumit. Dalam kes ini, lebih baik menggunakan kalkulator penapis PI atau penapis L. Dalam kebanyakan kes, seperti litar bersepadu, antena yang dibuat dan disetel dengan betul, penerima TV dan radio, pemancar, dll. Output / input impedance = rintangan.
Faktor "Q"
Setiap penapis LC mempunyai parameter yang dikenal sebagai faktor Q (kualiti), dalam saringan lulus rendah dan lulus tinggi menentukan tahap tindak balas frekuensi yang curam. Penapis Q rendah akan menjadi jalur lebar yang sangat besar dan tidak akan menapis frekuensi yang tidak diingini dan juga penapis Q yang tinggi. Penapis Q yang tinggi akan menyaring frekuensi yang tidak diingini, tetapi ia akan mempunyai puncak resonan, jadi ia juga akan berfungsi sebagai penapis jalur lebar. Faktor Q Tinggi kadang-kadang mengurangkan kecekapan.
Penapis L
Penapis L adalah bentuk penapis LC yang paling mudah. Mereka terdiri daripada kapasitor dan induktor, yang dihubungkan dengan cara yang serupa dengan yang terdapat pada penapis RC, dengan induktor menggantikan perintang. Mereka dapat digunakan untuk mencocokkan impedansi yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada impedans sumber. Di setiap filter L, hanya ada satu kombinasi L dan C yang dapat mencocokkan impedansi input yang diberikan dengan impedansi output yang diberikan.
Sebagai contoh, untuk memadankan beban 50 Ω dengan beban 100 Ω pada 14MHz, kita memerlukan induktor 560nH dengan kapasitor 114pF - ini adalah satu-satunya kombinasi yang dapat memadankan pada frekuensi ini dengan rintangan ini. Faktor Q mereka, dan oleh itu seberapa baik penapis itu sama dengan
√ ((R A / R B) -1) = Q
Di mana R A adalah impedans yang lebih besar, RL adalah impedans yang lebih kecil, dan Q adalah faktor Q dengan beban yang sesuai dihubungkan.
Dalam kes kami, Q yang dimuat akan sama dengan √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Sekiranya kami mahu lebih kurang penyaringan (Q berbeza), kami memerlukan Penapis PI, di mana Q dapat disesuaikan sepenuhnya dan anda boleh mempunyai kombinasi L dan C yang berbeza yang dapat memberikan padanan yang diperlukan pada frekuensi tertentu, masing-masing dengan Q yang berbeza.
Untuk mengira nilai komponen penapis L, kita memerlukan tiga perkara: rintangan output dari sumber, rintangan beban, dan kekerapan operasi.
Sebagai contoh, rintangan output sumbernya adalah 3000 Ω, rintangan beban 50 Ω, dan frekuensi 14 MHz. Oleh kerana rintangan sumber kami lebih besar daripada rintangan beban, kami akan menggunakan penapis "b"
Pertama, kita perlu mengira reaktansi dari dua komponen penapis L, kemudian kita dapat mengira induktansi dan kapasitans berdasarkan reaktansi dan kekerapan penggunaan:
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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang mempunyai reaktans 384.1 Ω pada 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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang mempunyai reaktansi 390.6 Ω pada 14MHz
C = 29.1 pF
Seperti yang anda lihat, tindak balas frekuensi saringan adalah lulus rendah dengan puncak resonan pada 14MHz, puncak resonan disebabkan oleh saringan yang memiliki Q tinggi jika Q lebih rendah, saringan akan jalan rendah tanpa puncak. Sekiranya kita mahukan Q yang berbeza, jadi penapisnya lebih lebar, kita perlu menggunakan penapis PI kerana Q penapis L bergantung pada rintangan sumber dan rintangan beban. Sekiranya kita menggunakan litar ini untuk mencocokkan impedans keluaran tiub atau transistor, kita perlu mengurangkan output ke kapasitansi arde dari kapasitor penapis kerana ia selari. Sekiranya kita menggunakan transistor dengan kapasitor pemancar-pemancar (aka kapasitansi keluaran) 10pF, kapasitansi C harus 19.1 pF dan bukannya 29.1 pF.
Penapis PI
Penapis PI adalah litar pencocokan yang sangat serba boleh, ia terdiri daripada 3 elemen reaktif, biasanya dua kapasitor dan satu induktor. Tidak seperti penapis L, di mana hanya satu kombinasi L dan C memberikan padanan impedansi yang diperlukan pada frekuensi tertentu penapis PI memungkinkan untuk beberapa kombinasi C1, C2, dan L untuk mencapai pencocokan impedansi yang diinginkan, setiap kombinasi mempunyai Q yang berbeza.
Penapis PI lebih sering digunakan dalam aplikasi, di mana ada keperluan untuk menyesuaikan dengan rintangan beban yang berbeza atau bahkan impedansi kompleks, seperti penguat daya RF kerana nisbah impedans input ke output (r i) ditentukan oleh nisbah kapasitor kuadrat, jadi semasa menala ke impedansi yang berbeza, gegelung dapat tetap sama, sementara hanya kapasitor yang disetel. Penguat kuasa C1 dan C2 dalam RF sering berubah-ubah.
(C1 / C2) ² = r i
Apabila kita mahukan penapis jalur lebar yang lebih banyak, kita menggunakan Q sedikit di atas Q kritik ketika kita menginginkan penapis yang lebih tajam, seperti pada output penguat kuasa RF, kita menggunakan Q yang jauh lebih besar daripada Q kritikus, tetapi di bawah 10, sebagai semakin tinggi Q penapis semakin rendah kecekapannya. Q khas penapis PI dalam tahap output RF adalah 7, tetapi nilai ini dapat berbeza.
Q kritik = √ (R A / R B -1)
Di mana: R A adalah yang lebih tinggi dari dua rintangan (sumber atau beban) dan R B adalah rintangan yang lebih kecil. Secara umum, penapis PI pada Q yang lebih tinggi dapat dipertimbangkan, mengabaikan padanan impedans sebagai litar resonan selari yang terbuat dari gegelung L dan kapasitor C dengan kapasitansi sama dengan:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Ini litar salunan perlu bergema pada kekerapan penapis yang akan digunakan.
Untuk mengira nilai komponen penapis PI, kita memerlukan empat perkara: rintangan output dari sumber, rintangan beban, kekerapan operasi, dan Q.
Sebagai contoh, kita perlu memadankan sumber 8Ω dengan beban 75Ω dengan Q 7.
R A adalah lebih tinggi dari dua rintangan (sumber atau beban) dan R B adalah rintangan yang lebih kecil.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10.7 Ω
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan kapasitans yang mempunyai reaktansi 10.7 Ω pada 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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang mempunyai reaktansi 14.84 Ω pada 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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan kapasitans yang mempunyai reaktansi 3,59 Ω pada 7 MHz
C2 = 6.3nF
Seperti dengan penapis L, jika peranti output kita mempunyai kapasitansi keluaran (katod plat untuk tiub, pemungut ke pemancar untuk BJT, selalunya hanya kapasitansi keluaran untuk MOSFET, tiub, dan BJT) kita perlu mengurangkannya dari C1 kerana kapasitansi itu dihubungkan selari dengannya. Sekiranya kita menggunakan transistor IRF510, dengan kapasitansi output 180 pF, sebagai peranti output daya C1 perlu 6.3 nF-0.18 nF, jadi 6.17 nF. Sekiranya kita menggunakan pelbagai transistor secara selari untuk mendapatkan daya output yang lebih tinggi maka kapasitansi akan berjumlah.
Untuk 3 IRF510 adalah 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, jadi 5,76 nF dan bukan 6,3 nF.
Litar LC lain yang digunakan untuk pencocokan Impedans
Terdapat banyak litar LC yang berbeza yang digunakan untuk memadankan impedansi, seperti penapis T, litar pencocokan khas untuk penguat daya transistor, atau penapis PI-L (penapis PI dengan induktor tambahan).
