במאמר הקודם דנו ביסודות של התאמת עכבה וכיצד להשתמש בשנאי התאמת עכבה. מלבד שימוש בשנאי התאמת עכבה, מעצבים יכולים להשתמש גם במעגלי פילטר עכבה בפלט של מגבר RF שיכול להכפיל כמעגל סינון וגם כמעגל התאמת עכבה. ישנם סוגים רבים של מעגלי פילטר שניתן להשתמש בהם לצורך התאמת עכבה, הנפוצים ביותר נדונים במאמר זה.
התאמת מסנן LC
ניתן להשתמש במסנני LC שונים כדי להתאים עכבות ולספק סינון. הסינון חשוב במיוחד בפלט של מגברי RF חשמל מכיוון שהם מייצרים הרבה הרמוניות לא רצויות שיש לסנן לפני שהן משודרות על ידי האנטנה מכיוון שהן עלולות לגרום להפרעות ולשדר בתדרים אחרים מאלה שהתחנה מאושרת להעביר. על יכול להיות לא חוקי. אנו נכסה על מסנני LC בעלי מעבר נמוךמכיוון שמגברי כוח רדיו מייצרים רק הרמוניות, וסיגנלים הרמוניים הם תמיד כל המכפילים של אותות הבסיס, כך שתמיד יש להם תדרים גבוהים יותר מאשר אות הבסיס - זו הסיבה שאנחנו משתמשים במסנני מעבר נמוך, הם נותנים לאות המבוקש לעבור תוך כדי להיפטר מההרמוניות. בעת תכנון מסנני LC, נדבר על התנגדות מקור והתנגדות עומס במקום עכבה, מכיוון שאם לעומס או למקור יש אינדוקציה או קיבול מקבילים כלשהם, ולכן עכבה לא התנגדות החישובים מורכבים הרבה יותר. במקרה זה, עדיף להשתמש במסנן PI או במחשבון מסנן L. ברוב המקרים, כגון מעגלים משולבים, אנטנות שנעשו וכוונו כראוי, מקלטים לטלוויזיה ורדיו, משדרים וכו 'עכבת פלט / קלט = התנגדות.
גורם "Q"
לכל מסנן LC יש פרמטר המכונה גורם Q (איכות), במסנני המעבר הנמוך והמעבר הגבוה הוא קובע את תלילות תגובת התדר. פילטר Q נמוך יהיה פס רחב מאוד ולא יסנן תדרים לא רצויים כמו פילטר Q גבוה. פילטר Q גבוה יסנן תדרים לא רצויים, אך יהיה לו שיא מהדהד, כך שהוא ישמש גם כמסנן מעבר פס. גורם Q גבוה לפעמים מפחית את היעילות.
מסנני L
מסנני L הם הצורה הפשוטה ביותר של מסנני LC. הם מורכבים מקבל ומשרן, המחוברים באופן דומה לזה שנמצא במסנני RC, כאשר המשרן מחליף את הנגד. בעזרתם ניתן להתאים עכבה גבוהה או נמוכה יותר מעכבת המקור. בכל מסנן L, יש רק שילוב אחד של L ו- C שיכול להתאים עכבת כניסה נתונה לעכבת יציאה נתונה.
לדוגמא, כדי להתאים עומס של 50 Ω לעומס של 100 Ω ב- 14MHz, אנו צריכים משרן 560nH עם קבלים 114pF - זהו השילוב היחיד שיכול לבצע התאמה בתדר זה בהתנגדויות אלה. גורם Q שלהם, ולכן כמה טוב המסנן שווה
√ ((R A / R B) -1) = Q
כאשר R A הוא העכבה הגדולה יותר, RL הוא העכבה הקטנה יותר, ו- Q הוא גורם Q עם העומס המתאים מחובר.
במקרה שלנו, ה- Q הטעון יהיה שווה ל- √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. אם היינו רוצים סינון פחות או יותר (Q שונה), היינו צריכים מסנן PI, כאשר Q מתכוונן לחלוטין ותוכלו לקבל שילובי L ו- C שונים שיכולים לתת לכם את ההתאמה הנדרשת בתדר נתון, כל אחד עם Q שונה.
כדי לחשב את הערכים של רכיבי מסנן L, אנו זקוקים לשלושה דברים: עמידות פלט של המקור, התנגדות העומס ותדירות הפעולה.
לדוגמא, התנגדות הפלט של המקור תהיה 3000 Ω, התנגדות העומס תהיה 50 Ω, והתדר הוא 14 מגה-הרץ. מכיוון שהתנגדות המקור שלנו גדולה יותר מהתנגדות העומס, נשתמש במסנן "b"
ראשית, עלינו לחשב את התגובה של שני המרכיבים של מסנן L, ואז נוכל לחשב את ההשראות והקיבול על סמך תגובתיות ותדירות השימוש:
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
אנו משתמשים במחשבון תגובתיות כדי לקבוע השראות שיש לה תגובת 384.1 Ω ב 14 מגה-הרץ
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
אנו משתמשים במחשבון תגובתיות כדי לקבוע השראות שיש לה תגובת 390.6 Ω ב 14 מגה-הרץ
C = 29.1 pF
כפי שאתה יכול לראות, תגובת התדר של המסנן היא מעבר נמוך עם שיא תהודה ב 14 מגה-הרץ, שיא התהודה נגרם על ידי המסנן בעל Q גבוה אם Q היה נמוך יותר, המסנן היה נמוך במעבר ללא שיא. אם היינו רוצים ש Q אחר, כך שהמסנן יהיה רחב יותר, נצטרך להשתמש בפילטר PI מכיוון ש- Q של המסנן L תלוי בהתנגדות המקור ובעמידות העומס. אם נשתמש במעגל זה כדי להתאים את עכבת הפלט של צינור או טרנזיסטור, נצטרך להפחית את הפלט לקיבולת הקרקע מקבל המסנן מכיוון שהם מקבילים. אם אנו משתמשים בטרנזיסטור בעל קיבול פולט אספן (aka קיבולת פלט) של 10pF, הקיבול של C צריך להיות 19.1 pF במקום 29.1 pF.
מסנני PI
מסנן ה- PI הוא מעגל התאמה רב-תכליתי, והוא מורכב משלושה אלמנטים תגוביים, בדרך כלל שני קבלים ומשרן אחד. בניגוד למסנן L, שבו רק שילוב אחד של L ו- C נתן את התאמת העכבה הנדרשת בתדר נתון מסנן ה- PI מאפשר שילובים מרובים של C1, C2 ו- L כדי להשיג את התאמת העכבה הרצויה, כאשר לכל שילוב יש Q שונה.
מסנני PI משמשים לעתים קרובות יותר ביישומים, שבהם יש צורך בכוונון להתנגדות עומס שונות או אפילו עכבות מורכבות, כגון מגברי הספק RF מכיוון שיחס קלט ועכבת הפלט שלהם (r i) נקבע על ידי יחס הקבלים בריבוע, ולכן כאשר מכוונים לעכבה אחרת הסליל יכול להישאר זהה, בעוד שרק קבלים מכוונים. C1 ו- C2 במגברי הספק RF משתנים לעתים קרובות.
(C1 / C2) ² = r i
כשאנחנו רוצים פילטר פס רחב יותר אנחנו משתמשים ב- Q קצת מעל ה- Crit כאשר אנו רוצים מסנן חד יותר, למשל בפלט של מגבר כוח RF אנו משתמשים ב- Q שגדול בהרבה מ- Crit, אך מתחת ל- 10, כ- ככל ש- Q של המסנן גבוה יותר היעילות נמוכה יותר Q אופייני למסנני PI בשלבי פלט RF הוא 7, אך ערך זה יכול להשתנות.
Q crit = √ (R A / R B -1)
איפה: R A הוא ההתנגדות הגבוהה ביותר מבין השניים (מקור או עומס) ו- R B הוא ההתנגדות הקטנה יותר. באופן כללי ניתן לראות את פילטר ה- PI ב- Q גבוה יותר, תוך התעלמות מהתאמת עכבה כמעגל תהודה מקביל העשוי מסליל L וקבל C בעל קיבול השווה ל:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
מעגל תהודה זה אמור להדהד בתדירות בה נעשה שימוש במסנן.
כדי לחשב את הערכים של רכיבי מסנן PI אנו זקוקים לארבעה דברים: עמידות פלט של המקור, התנגדות העומס, תדירות הפעולה ו- Q.
לדוגמה, עלינו להתאים מקור 8Ω לעומס 75Ω עם Q של 7.
R A הוא ההתנגדות הגבוהה ביותר מבין השניים (מקור או עומס) ו- R B הוא ההתנגדות הקטנה יותר.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10.7 Ω
אנו משתמשים במחשבון תגובתיות כדי לקבוע קיבול בעל תגובת 10.7 Ω ב 7 מגה הרץ
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
אנו משתמשים במחשבון תגובתיות כדי לקבוע השראות שיש לה תגובת 14.84 Ω ב 7 מגה הרץ
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
אנו משתמשים במחשבון תגובתיות כדי לקבוע קיבול בעל תגובת 3.59 Ω ב 7 מגהרץ
C2 = 6.3nF
כמו במסנן L, אם למכשיר הפלט שלנו יש קיבול יציאה כלשהו (קתודת צלחת לצינורות, אספן לפולט עבור BJT, לרוב רק קיבולת יציאה עבור MOSFET, צינורות ו- BJT) עלינו לחסר אותו מ- C1 כי הקיבול הזה הוא מחובר במקביל אליו. אם השתמשנו בטרנזיסטור IRF510, עם קיבולת יציאה של 180 pF, כמכשיר פלט כוח C1 יצטרך להיות 6.3 nF-0.18 nF, כך 6.17 nF. אם השתמשנו במספר טרנזיסטורים במקביל להשגת הספק יציאה גבוה יותר הקיבולים היו מסתכמים.
עבור 3 IRF510 זה יהיה 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF, כך 5.76 nF במקום 6.3 nF.
מעגלי LC אחרים המשמשים להתאמת עכבה
ישנם מספר רב של מעגלי LC המשמשים להתאמת עכבות, כגון מסנני T, מעגלי התאמה מיוחדים למגברי כוח טרנזיסטורים או פילטרי PI-L (פילטר PI עם משרן נוסף).
