Iepriekšējā rakstā mēs apspriedām impedances saskaņošanas pamatus un to, kā izmantot pretestības saskaņošanas transformatoru. Papildus impedances saskaņošanas transformatora izmantošanai RF pastiprinātāja izejā dizaineri var arī izmantot pretestības filtru ķēdes, kas var dubultoties kā filtrēšanas ķēde un arī kā pretestības saskaņošanas ķēde. Impedances saskaņošanai var izmantot daudzu veidu filtru shēmas, visbiežāk sastopamās ir aplūkotas šajā rakstā.
LC filtru atbilstība
Lai pielāgotu pretestības un nodrošinātu filtrēšanu, var izmantot dažādus LC filtrus. Filtrēšana ir īpaši svarīga jaudas RF pastiprinātāju izejā, jo tie rada daudz nevēlamu harmoniku, kas jāfiltrē, pirms antena tos pārraida, jo tie var izraisīt traucējumus un pārraidi citās frekvencēs, nevis tajās, kurās stacija ir apstiprināta raidīšanai var būt nelikumīga. Mēs aptversim zemfrekvences LC filtrusjo radio jaudas pastiprinātāji rada tikai harmonikas, un harmoniskie signāli vienmēr ir viss bāzes signālu kopējais lielums, tāpēc tiem vienmēr ir augstākas frekvences nekā bāzes signālam - tāpēc mēs izmantojam zemfrekvences filtrus, tie ļauj vēlamajam signālam cauri, vienlaikus saņemot atbrīvoties no harmonikas. Projektējot LC filtrus, impedances vietā mēs runāsim par avota pretestību un slodzes pretestību, jo, ja slodzei vai avotam ir kāda virkne vai paralēla induktivitāte vai kapacitāte, un tāpēc pretestības pretestība aprēķini kļūst daudz sarežģītāki. Šajā gadījumā vislabāk ir izmantot PI filtru vai L filtra kalkulatoru. Vairumā gadījumu, piemēram, integrētās shēmas, pareizi izgatavotas un noregulētas antenas, TV un radio uztvērēji, raidītāji utt. Izejas / ieejas pretestība = pretestība.
“Q” faktors
Katram LC filtram ir parametrs, kas pazīstams kā Q (kvalitātes) koeficients. Zemfrekvences un augstfrekvences filtros tas nosaka frekvences reakcijas stāvumu. Zems Q filtrs būs ļoti platjoslas un nefiltrēs tik nevēlamas frekvences kā augstas Q filtrs. Augsts Q filtrs filtrēs nevēlamās frekvences, bet tam būs rezonanses pīķis, tāpēc tas darbosies arī kā joslas caurlaides filtrs. Augsts Q koeficients dažkārt samazina efektivitāti.
L filtri
L filtri ir vienkāršākais LC filtru veids. Tie sastāv no kondensatora un induktora, kas savienoti tādā pašā veidā, kā tas ir RC filtros, ar induktoru, kas aizstāj rezistoru. Tos var izmantot, lai saskaņotu pretestību, kas ir augstāka vai zemāka par avota pretestību. Katrā L filtrā ir tikai viena L un C kombinācija, kas var saskaņot doto ieejas pretestību ar doto izejas pretestību.
Piemēram, lai 50 Ω slodzi saskaņotu ar 100 Ω slodzi pie 14 MHz, mums ir nepieciešams 560nH induktors ar 114pF kondensatoru - tā ir vienīgā kombinācija, kas šajā frekvencē var saskaņot ar šīm pretestībām. Viņu Q koeficients un līdz ar to arī tas, cik labs ir filtrs
√ ((R A / R B) -1) = Q
Kur R ir lielāka pretestība, RL ir mazāka pretestība, un Q ir Q faktors ar atbilstošu slodzi, kas pievienota.
Mūsu gadījumā ielādētais Q būs vienāds ar √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Ja mēs gribētu vairāk vai mazāk filtrēt (atšķirīgs Q), mums būtu nepieciešams PI filtrs, kur Q ir pilnībā regulējams un jums var būt dažādas L un C kombinācijas, kas var dot vajadzīgo atbilstību noteiktā frekvencē, katrai ar atšķirīgu Q.
Lai aprēķinātu L filtra komponentu vērtības, mums ir nepieciešamas trīs lietas: avota izejas pretestība, slodzes pretestība un darbības biežums.
Piemēram, avota izejas pretestība būs 3000 Ω, slodzes pretestība būs 50 Ω un frekvence ir 14 MHz. Tā kā mūsu avota pretestība ir lielāka par slodzes pretestību, mēs izmantosim filtru “b”
Pirmkārt, mums jāaprēķina L filtra divu komponentu reaktivitāte, pēc tam mēs varam aprēķināt induktivitāti un kapacitāti, pamatojoties uz reaktivitāti un lietošanas biežumu:
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
Mēs izmantojam reaktivitātes kalkulatoru, lai noteiktu induktivitāti, kuras reaktivitāte ir 384,1 Ω pie 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
Mēs izmantojam reaktivitātes kalkulatoru, lai noteiktu induktivitāti, kuras reaktivitāte ir 390,6 Ω pie 14MHz
C = 29,1 pF
Kā redzat, filtra frekvences atbilde ir zema caurlaidība ar rezonanses maksimumu pie 14MHz, rezonanses maksimumu izraisa tas, ka filtram ir augsts Q, ja Q būtu zemāks, filtrs būtu zemfrekvences bez maksimuma. Ja mēs vēlētos citu Q, tāpēc filtrs būtu vairāk platjoslas, mums būtu jāizmanto PI filtrs, jo L filtra Q ir atkarīgs no avota pretestības un slodzes pretestības. Ja mēs izmantojam šo ķēdi, lai saskaņotu caurules vai tranzistora izejas pretestību, mums no filtra kondensatora būtu jāatņem izeja uz zemes kapacitāti, jo tie atrodas paralēli. Ja mēs izmantojam tranzistoru ar kolektora-izstarotāja kapacitāti (jeb izejas kapacitāti) 10pF, C kapacitātei jābūt 19,1 pF, nevis 29,1 pF.
PI filtri
PI filtrs ir ļoti daudzpusīga saskaņošanas ķēde, tā sastāv no 3 reaktīviem elementiem, parasti diviem kondensatoriem un viena induktora. Atšķirībā no L filtra, kur tikai viena L un C kombinācija deva nepieciešamo pretestības atbilstību noteiktā frekvencē, PI filtrs ļauj izmantot vairākas C1, C2 un L kombinācijas, lai sasniegtu vēlamo pretestības atbilstību, katrai kombinācijai ir atšķirīgs Q.
PI filtrus biežāk izmanto lietojumos, kur nepieciešams noregulēt uz dažādām slodzes pretestībām vai pat sarežģītām pretestībām, piemēram, RF jaudas pastiprinātājiem, jo to ieejas un izejas pretestības attiecību (r i) nosaka kondensatoru attiecība kvadrātā, tātad noregulējot uz citu pretestību, spole var palikt nemainīga, savukārt tikai kondensatori tiek noregulēti. C1 un C2 RF jaudas pastiprinātājos bieži ir mainīgi.
(C1 / C2) ² = r i
Kad mēs vēlamies platjoslas filtru, mēs izmantojam Q nedaudz virs Q crit, ja mēs vēlamies asāku filtru, piemēram, RF jaudas pastiprinātāja izejā mēs izmantojam Q, kas ir daudz lielāks nekā Q crit, bet zem 10, jo jo augstāks ir filtra Q, jo zemāka ir efektivitāte. Tipisks PI filtru Q RF izejas posmos ir 7, taču šī vērtība var atšķirties.
Q crit = √ (R A / R B -1)
Kur: R ir lielāka par divām (avotu vai slodzes) pretestību un R B ir mazāka pretestība. Parasti var uzskatīt PI filtru pie augstākas Q, ignorējot pretestības pielāgošanu kā paralēlu rezonanses ķēdi, kas izgatavota no spoles L un kondensatora C ar kapacitāti, kas vienāda ar:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Šai rezonanses ķēdei vajadzētu rezonēt tajā frekvencē, kādā tiks izmantots filtrs.
Lai aprēķinātu PI filtra komponentu vērtības, mums ir nepieciešamas četras lietas: avota izejas pretestība, slodzes pretestība, darbības biežums un Q.
Piemēram, mums jāsaskaņo 8Ω avots ar 75Ω slodzi ar Q 7.
R A ir augstākā no divām (avota vai slodzes) pretestībām, un R B ir mazāka pretestība.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10,7 Ω
Mēs izmantojam reaktivitātes kalkulatoru, lai noteiktu kapacitāti, kurai ir 10,7 Ω reaktivitāte pie 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
Mēs izmantojam reaktivitātes kalkulatoru, lai noteiktu induktivitāti, kuras reaktivitāte pie 14 MHz ir 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
Mēs izmantojam reaktivitātes kalkulatoru, lai noteiktu kapacitāti, kuras reaktivitāte pie 3,5 MHz ir 3,59 Ω
C2 = 6,3 nF
Tāpat kā ar L filtru, ja mūsu izejas ierīcei ir kāda izejas kapacitāte (plākšņu katods caurulēm, kolektors-izstarotājs BJT, bieži vien tikai izejas kapacitāte MOSFET, caurulēm un BJT), mums tas jāatņem no C1, jo šī kapacitāte ir savienots paralēli tam. Ja mēs izmantotu IRF510 tranzistoru ar 180 pF izejas kapacitāti, kā jaudas izejas ierīcei C1 jābūt 6,3 nF-0,18 nF, tātad 6,17 nF. Ja mēs paralēli izmantotu vairākus tranzistorus, lai iegūtu lielāku izejas jaudu, kapacitātes tiktu summētas.
3 IRF510 tas būtu 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, tātad 5,76 nF 6,3 nF vietā.
Citas LC ķēdes, ko izmanto pretestības pielāgošanai
Ir daudz dažādu LC ķēžu, ko izmanto, lai saskaņotu pretestības, piemēram, T filtri, īpašas saskaņošanas shēmas tranzistora jaudas pastiprinātājiem vai PI-L filtri (PI filtrs ar papildu induktoru).
