Önceki makalede, empedans eşleştirmenin temellerini ve bir empedans eşleştirme transformatörünün nasıl kullanılacağını tartıştık. Bir empedans eşleştirme transformatörü kullanmanın yanı sıra, tasarımcılar ayrıca bir filtreleme devresi ve aynı zamanda bir empedans eşleştirme devresi olarak ikiye katlanabilen bir RF amplifikatörünün çıkışında Empedans Filtresi devreleri kullanabilirler. Empedans eşleşmesi için kullanılabilecek birçok filtre devresi türü vardır, en yaygın olanları bu makalede ele alınmıştır.
LC Filtre Uyumu
Empedansları eşleştirmek ve filtreleme sağlamak için çeşitli LC filtreleri kullanılabilir. Filtreleme, özellikle güç RF amplifikatörlerinin çıkışında önemlidir, çünkü bunlar anten tarafından iletilmeden önce filtrelenmesi gereken çok sayıda istenmeyen harmonik üretirler çünkü bunlar, istasyonun iletmek için onaylandığı frekanslar dışındaki frekanslarda parazite ve iletime neden olabilirler. yasadışı olabilir. Düşük geçişli LC filtrelerini ele alacağızçünkü radyo güç amplifikatörleri yalnızca harmonikler üretir ve harmonik sinyaller her zaman temel sinyallerin tam katlarıdır, bu nedenle her zaman temel sinyalden daha yüksek frekanslara sahiptirler - bu nedenle alçak geçiren filtreler kullanıyoruz, bunlar alınırken istenen sinyalin geçmesine izin veriyorlar. harmoniklerden kurtulmak. LC filtreleri tasarlarken, empedans yerine kaynak direnci ve yük direncinden bahsedeceğiz, çünkü yük veya kaynak bazı seri veya paralel endüktansa veya kapasitansa ve dolayısıyla dirençli olmayan empedansa sahipse, hesaplamalar çok daha karmaşık hale gelir. Bu durumda, bir PI filtresi veya L filtre hesaplayıcısı kullanmak en iyisidir. Çoğu durumda, entegre devreler, uygun şekilde yapılmış ve ayarlanmış antenler, TV ve radyo alıcıları, vericiler vb. Gibi çıkış / giriş empedansı = direnç.
"Q" faktörü
Her LC filtresinin Q (kalite) faktörü olarak bilinen bir parametresi vardır, düşük geçişli ve yüksek geçişli filtrelerde frekans yanıtının dikliğini belirler. Düşük bir Q filtresi çok geniş bant olacaktır ve istenmeyen frekansları yüksek Q filtresi kadar iyi filtrelemeyecektir. Yüksek bir Q filtresi, istenmeyen frekansları filtreleyecektir, ancak bir rezonant tepe noktasına sahip olacaktır, bu nedenle aynı zamanda bir bant geçiren filtre görevi de görecektir. Yüksek Q faktörü bazen verimliliği düşürür.
L filtreleri
L filtreleri, LC filtrelerinin en basit şeklidir. RC filtrelerinde bulunanlara benzer bir şekilde bağlanan bir kapasitör ve bir indüktörden oluşurlar ve indüktör, direnci değiştirir. Kaynak empedansından daha yüksek veya daha düşük olan empedansı eşleştirmek için kullanılabilirler. Her L filtresinde, belirli bir giriş empedansını verilen çıkış empedansıyla eşleştirebilen yalnızca bir L ve C kombinasyonu vardır.
Örneğin, 50 Ω'luk bir yükü 14 MHz'de 100'luk bir yük ile eşleştirmek için 114pF kapasitörlü 560nH'lik bir indüktöre ihtiyacımız var - bu, bu frekansta bu dirençlerle eşleştirme yapabilen tek kombinasyon budur. Q faktörleri ve dolayısıyla filtrenin ne kadar iyi olduğu
√ ((R A / R B) -1) = Q
R A'nın daha büyük empedans olduğu durumlarda, RL daha küçük empedanstır ve Q, bağlı uygun yük ile Q faktörüdür.
Bizim durumumuzda, yüklü Q, √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1'e eşit olacaktır. Daha fazla veya daha az filtreleme (farklı Q) isteseydik, Q'nun tamamen ayarlanabilir olduğu ve her biri farklı bir Q'ya sahip belirli bir frekansta gerekli eşleşmeyi verebilecek farklı L ve C kombinasyonlarına sahip olabileceğiniz PI filtresi.
To L filtre bileşenlerinin değerlerini hesaplamak, çıkış kaynağının direncini, yük direncini ve çalışma frekansını: Biz üç şey gerekir.
Örneğin, kaynağın çıkış direnci 3000 Ω, yük direnci 50 Ω ve frekans 14 MHz olacaktır. Kaynak direncimiz yük direncinden daha büyük olduğu için "b" filtresini kullanacağız
Öncelikle, bir L filtresinin iki bileşeninin reaktansını hesaplamalıyız, ardından reaktans ve kullanım sıklığına bağlı olarak endüktans ve kapasitansı hesaplayabiliriz:
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
14 MHz'de 384.1 Ω reaktansa sahip bir endüktansı belirlemek için bir reaktans hesaplayıcısı kullanıyoruz.
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
14 MHz'de 390,6 Ω reaktansa sahip bir endüktansı belirlemek için bir reaktans hesaplayıcısı kullanıyoruz.
C = 29,1 pF
Gördüğünüz gibi, filtrenin frekans tepkisi, 14 MHz'de bir rezonans tepe noktası olan düşük bir geçiştir, rezonans tepe noktası, Q'nun daha düşük olması durumunda yüksek bir Q'ya sahip olan filtreden kaynaklanmaktadır, filtre tepe noktası olmadan alçak geçiş olacaktır. Farklı bir Q isteseydik, filtre daha geniş bant olurdu, bir PI filtresi kullanmamız gerekirdi çünkü L filtresinin Q değeri kaynak direncine ve yük direncine bağlıdır. Bu devreyi bir tüpün veya bir transistörün çıkış empedansını eşleştirmek için kullanırsak, çıkışı filtrenin kapasitöründen toprak kapasitansına çıkarmamız gerekir çünkü bunlar paraleldir. 10pF'lik bir kollektör-yayıcı kapasitansına (aka çıkış kapasitansı) sahip bir transistör kullanırsak, C'nin kapasitansı 29.1 pF yerine 19.1 pF olmalıdır.
PI Filtreleri
PI filtresi çok yönlü bir eşleştirme devresidir, genellikle iki kapasitör ve bir indüktörden oluşan 3 reaktif elemandan oluşur. Yalnızca bir L ve C kombinasyonunun belirli bir frekansta gerekli empedans eşleşmesini sağladığı L filtresinden farklı olarak, PI filtresi istenen empedans eşleşmesini elde etmek için birden fazla C1, C2 ve L kombinasyonuna izin verir, her kombinasyon farklı bir Q'ya sahiptir.
PI filtreleri, farklı yük dirençlerine veya hatta RF güç amplifikatörleri gibi karmaşık empedanslara ayarlama ihtiyacının olduğu uygulamalarda daha sık kullanılır, çünkü bunların giriş-çıkış empedans oranı (r i), kapasitörlerin karesi ile belirlenir, bu nedenle farklı bir empedansa ayarlandığında, bobin aynı kalabilir, ancak yalnızca kapasitörler ayarlanır. RF güç amplifikatörlerinde C1 ve C2 genellikle değişkendir.
(C1 / C2) ² = r ben
Daha geniş bantlı bir filtre istediğimizde, Qrit'in biraz üzerinde Q'yu kullanırız, örneğin bir RF güç amplifikatörünün çıkışında olduğu gibi daha keskin bir filtre istediğimizde, Q crit'den çok daha büyük ancak 10'un altında olan Q, filtrenin Q değeri ne kadar yüksekse verimlilik o kadar düşük olur. RF çıkış aşamalarında tipik Q PI filtreleri 7'dir, ancak bu değer değişebilir.
Q kritik = √ (R A / R B -1)
Burada: R, bir, iki (kaynak veya yük) dirençleri yüksektir ve R B küçük direncidir. Genel olarak, daha yüksek Q'daki PI filtresi, aşağıdakilere eşit kapasitansa sahip bir bobin L ve bir kapasitör C'den yapılan bir paralel rezonans devresi olarak empedans eşleşmesini göz ardı ederek kabul edilebilir:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Bu rezonans devresi, filtrenin kullanılacağı frekansta rezonansa girmelidir.
Bir PI filtre bileşeninin değerlerini hesaplamak için dört şeye ihtiyacımız var: kaynağın çıkış direnci, yükün direnci, çalışma frekansı ve Q.
Örneğin, 8Ω'lik bir kaynağı 75'lik bir yükü 7'lik Q ile eşleştirmemiz gerekir.
R A, iki (kaynak veya yük) direncin en yüksek olanıdır ve R B, daha küçük olan dirençtir.
X C1 = R A / QX C1 = 75/7 X C1 = 10,7 Ω
7 MHz'de 10.7 Ω reaktansa sahip bir kapasitans belirlemek için bir reaktans hesaplayıcısı kullanıyoruz
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
7 MHz'de 14.84 Ω reaktansa sahip bir endüktansı belirlemek için bir reaktans hesaplayıcısı kullanıyoruz.
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- (75/8 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
7 MHz'de 3,59 Ω reaktansa sahip bir kapasitans belirlemek için bir reaktans hesaplayıcısı kullanıyoruz
C2 = 6,3nF
L filtrede olduğu gibi, çıkış cihazımızın herhangi bir çıkış kapasitansı varsa (tüpler için plaka-katot, BJT için toplayıcıdan yayıcıya, genellikle sadece MOSFET'ler, tüpler ve BJT'ler için çıktı kapasitansı), onu C1'den çıkarmamız gerekir çünkü bu kapasitans ona paralel olarak bağlı. 180 pF çıkış kapasitanslı bir IRF510 transistör kullandıysak, güç çıkış cihazı C1 6,3 nF-0,18 nF, yani 6,17 nF olmalıdır. Daha yüksek bir çıkış gücü elde etmek için paralel olarak birden fazla transistör kullanırsak, kapasitanslar toplanır.
3 IRF510 için 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, yani 6,3 nF yerine 5,76 nF olacaktır.
Empedans eşleşmesi için kullanılan diğer LC devreleri
Empedansları eşleştirmek için kullanılan çok sayıda farklı LC devresi vardır, örneğin T filtreleri, transistör güç amplifikatörleri için özel eşleştirme devreleri veya PI-L filtreleri (ek indüktörlü PI filtresi).
