Ankstesniame straipsnyje aptarėme impedanso suderinimo pagrindus ir tai, kaip naudoti impedanso atitikimo transformatorių. Ne tik naudojant impedanso atitikimo transformatorių, dizaineriai taip pat gali naudoti impedanso filtro grandines RF stiprintuvo išėjime, kuris gali dvigubai padidėti kaip filtravimo grandinė ir taip pat kaip impedanso suderinimo grandinė. Yra daugybė filtrų grandinių tipų, kurie gali būti naudojami impedanso suderinimui, dažniausiai aptariami šiame straipsnyje.
LC filtrų atitikimas
Įvairūs LC filtrai gali būti naudojami impedancijoms suderinti ir filtravimui užtikrinti. Filtravimas yra ypač svarbus galios RF stiprintuvų išėjime, nes jie sukuria daug nepageidaujamų harmonikų, kuriuos reikia filtruoti prieš juos perduodant antena, nes jie gali sukelti trikdžius ir perduoti kitais dažniais nei tie, kuriuos stotis yra patvirtinta perduoti gali būti neteisėtas. Apimsime žemo dažnio LC filtrusnes radijo galios stiprintuvai generuoja tik harmonikas, o harmoniniai signalai visada yra visas bazinių signalų kartotinis, todėl jie visada turi didesnius dažnius nei bazinis signalas. Štai kodėl mes naudojame žemo dažnio filtrus, jie praleidžia norimą signalą, kol gauna atsikratyti harmonikų. Projektuodami LC filtrus, kalbėsime apie atsparumą šaltiniui ir apkrovos atsparumą, o ne impedanciją, nes jei apkrova ar šaltinis turi tam tikrą eilę arba lygiagrečią induktyvumą ar talpą, todėl nerezistinė varža yra daug sudėtingesnė. Tokiu atveju geriausia naudoti PI filtrą arba L filtro skaičiuoklę. Daugeliu atvejų, pavyzdžiui, integriniai grandynai, tinkamai pagamintos ir sureguliuotos antenos, TV ir radijo imtuvai, siųstuvai ir kt. Išėjimo / įvesties varža = varža.
„Q“ faktorius
Kiekvienas LC filtras turi parametrą, vadinamą Q (kokybės) koeficientu. Žemų dažnių ir aukštų dažnių filtruose jis nustato dažnio atsako statumą. Žemo Q filtras bus labai plačiajuosčio ryšio ir jis nefiltruos nepageidaujamų dažnių taip gerai, kaip aukštos Q filtras. Aukštas Q filtras išfiltruos nepageidaujamus dažnius, tačiau jis turės rezonansinę smailę, taigi jis veiks ir kaip dažnių juostos filtras. Aukštas Q faktorius kartais sumažina efektyvumą.
L filtrai
L filtrai yra paprasčiausia LC filtrų forma. Jie susideda iš kondensatoriaus ir induktoriaus, sujungtų panašiai, kaip ir RC filtruose, induktoriui pakeitus rezistorių. Jie gali būti naudojami impedansui suderinti, kuris yra didesnis ar mažesnis už šaltinio impedansą. Kiekviename L filtre yra tik vienas L ir C derinys, kuris gali suderinti tam tikrą įėjimo impedanciją su tam tikra išėjimo impedancija.
Pavyzdžiui, norint suderinti 50 Ω apkrovą su 100 Ω apkrova esant 14MHz, mums reikia 560nH induktoriaus su 114pF kondensatoriumi - tai vienintelis derinys, galintis suderinti šį dažnį su šiomis varžomis. Jų Q koeficientas, taigi ir kaip geras filtras yra lygus
√ ((R A / R B) -1) = Q
Kur R yra didesnis varža, RL yra mažesnis varža, ir Q yra Q faktorius su atitinkamu prijungtą apkrovą.
Mūsų atveju pakrautas Q bus lygus √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Jei norėtume daugiau ar mažiau filtruoti (skirtingas Q), mums reikėtų PI filtras, kur Q yra visiškai reguliuojamas ir jūs galite turėti skirtingus L ir C derinius, kurie gali suteikti jums reikiamą atitikimą tam tikru dažniu, kurių kiekvienas turi skirtingą Q.
Norėdami apskaičiuoti L filtro komponentų vertes, mums reikia trijų dalykų: šaltinio išėjimo varža, apkrovos varža ir veikimo dažnis.
Pvz., Šaltinio išėjimo varža bus 3000 Ω, apkrovos varža - 50 Ω, o dažnis - 14 MHz. Kadangi mūsų šaltinio varža yra didesnė už atsparumą apkrovai, naudosime „b“ filtrą
Pirmiausia turime apskaičiuoti dviejų L filtro komponentų reaktyvumą, tada galime apskaičiuoti induktyvumą ir talpą pagal reaktyvumą ir naudojimo dažnį:
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
Mes naudojame reaktyvumo skaičiuoklę, norėdami nustatyti induktyvumą, kurio reaktyvumas 384,1 Ω esant 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
Mes naudojame reaktyvumo skaičiuoklę norėdami nustatyti induktyvumą, kurio reaktyvumas yra 390,6 Ω esant 14MHz
C = 29,1 pF
Kaip matote, filtro dažnio atsakas yra žemas dažnio perdavimas, kai rezonansinė smailė yra 14MHz, rezonansinę smailę lemia tai, kad filtras turi aukštą Q, jei Q būtų žemesnis, filtras būtų žemas, be smailės. Jei norėtume kitokio Q, taigi filtras būtų plačiajuosčio, turėtume naudoti PI filtrą, nes L filtro Q priklauso nuo šaltinio atsparumo ir atsparumo apkrovai. Jei naudosime šią grandinę, kad atitiktų vamzdžio ar tranzistoriaus išėjimo varžą, iš filtro kondensatoriaus turėtume atimti išėjimą į žemės talpą, nes jie yra lygiagrečiai. Jei naudojame tranzistorių, kurio kolektoriaus-spinduolio talpa (dar vadinama išėjimo talpa) yra 10 pF, C talpa turėtų būti 19,1 pF, o ne 29,1 pF.
PI filtrai
PI filtras yra labai universali derinimo grandinė, jį sudaro 3 reaktyvūs elementai, paprastai du kondensatoriai ir vienas induktorius. Skirtingai nuo L filtro, kur tik vienas L ir C derinys suteikė reikiamą impedanso atitikimą tam tikru dažniu, PI filtras leidžia naudoti kelis C1, C2 ir L derinius, kad būtų pasiektas norimas impedanso atitikimas, kiekvienam deriniui skirtingas Q.
PI filtrai dažniau naudojami programose, kur reikia derinti skirtingas apkrovos varžas ar net sudėtingas varžas, tokias kaip RF galios stiprintuvai, nes jų įėjimo ir išėjimo varžos santykį (r i) lemia kondensatorių santykis kvadratu, taigi sureguliuojant skirtingą varžą, ritė gali likti tokia pati, o sureguliuoti tik kondensatoriai. C1 ir C2 RF galios stiprintuvuose dažnai būna kintami.
(C1 / C2) ² = r i
Kai norime daugiau plačiajuosčio ryšio filtro, Q naudojame šiek tiek aukščiau Q krit., Kai norime aštresnio filtro, pvz., RF galios stiprintuvo išėjime naudojame Q, kuris yra daug didesnis už Q crit, bet žemesnis nei 10, nes didesnis filtro Q, tuo mažesnis efektyvumas. Tipinis PI filtrų Q radijo dažnių išvesties etapuose yra 7, tačiau ši vertė gali skirtis.
Q krit = √ (R A / R B -1)
Kur: R A yra didesnė iš dviejų (šaltinio arba apkrovos) varžų, o R B yra mažesnė varža. Apskritai, galima laikyti PI filtrą esant didesnei Q, nepaisant impedanso atitikimo kaip lygiagrečios rezonansinės grandinės, pagamintos iš ritės L ir kondensatoriaus C, kurio talpa lygi:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Ši rezonansinė grandinė turėtų rezonuoti tokiu dažniu, koks bus naudojamas filtras.
Norėdami apskaičiuoti PI filtro komponentų vertes, mums reikia keturių dalykų: šaltinio išėjimo varža, apkrovos varža, veikimo dažnis ir Q.
Pavyzdžiui, mes turime suderinti 8Ω šaltinį su 75Ω apkrova, kurios Q yra 7.
R A yra didesnė iš dviejų (šaltinio arba apkrovos) varžų, o R B yra mažesnė varža.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10,7 Ω
Mes naudojame reaktyvumo skaičiuoklę, kad nustatytume talpą, kurios reakcija 7,7 MHz yra 10,7 Ω
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
Mes naudojame reaktyvumo skaičiuoklę, norėdami nustatyti induktyvumą, kurio 7 MHz dažnio reaktyvumas yra 14,84 Ω
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
Mes naudojame reaktyvumo skaičiuoklę, kad nustatytume talpą, kurios 7 MHz dažnio reaktyvumas yra 3,59 Ω
C2 = 6,3 nF
Kaip ir naudojant L filtrą, jei mūsų išvesties įrenginyje yra išėjimo talpa (plokštelių katodas vamzdžiams, kolektorius-spinduliuotė BJT, dažnai tik išėjimo talpa MOSFET, vamzdeliams ir BJT), turime jį atimti iš C1, nes ši talpa yra sujungtas lygiagrečiai su juo. Jei mes naudotume IRF510 tranzistorių, kurio išėjimo talpa yra 180 pF, kaip galios išėjimo įrenginį C1 turėtų būti 6,3 nF-0,18 nF, taigi 6,17 nF. Jei lygiagrečiai naudotume kelis tranzistorius, kad gautume didesnę išėjimo galią, talpos būtų sumuojamos.
3 IRF510 būtų 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, taigi 5,76 nF vietoj 6,3 nF.
Kitos LC grandinės, naudojamos impedanso suderinimui
Yra daugybė skirtingų LC grandinių, naudojamų impedancijoms suderinti, pvz., T filtrai, specialios tranzistoriaus galios stiprintuvams tinkamos grandinės arba PI-L filtrai (PI filtras su papildomu induktoriumi).
