- מהו התאמת העכבה?
- יחס גל עומד - מדד התאמת עכבה
- שנאים תואמים עכבה
- כיצד לבחור שנאי תואם עכבה
- מעגלים תואמים לשנאי - דוגמה
- התאמה של שנאי אוטומטי לאיזון עכבה
אם אתה מהנדס תכנון RF או כל מי שעבד עם מכשירי רדיו אלחוטיים, המונח " התאמת עכבה " היה צריך להכות אותך יותר מפעם אחת. המונח הוא קריטי מכיוון שהוא משפיע ישירות על כוח השידור ועל כן על טווח מודולי הרדיו שלנו. מאמר זה נועד לעזור לך להבין מהי התאמה של עכבה מהיסודות, וגם יעזור לך לתכנן מעגלי התאמת עכבה משלך באמצעות שנאי התאמת עכבה שהיא השיטה הנפוצה ביותר. אז בואו נצלול פנימה.
מהו התאמת העכבה?
בקיצור, התאמת עכבה מוודאת שעכבת הפלט של שלב אחד, המכונה המקור, שווה לעכבת הקלט של השלב הבא, הנקרא עומס. התאמה זו מאפשרת העברת כוח מרבית ואובדן מינימלי. אתה יכול להבין את המושג הזה בקלות על ידי לחשוב עליו כעל נורות בסדרה עם מקור חשמל. הנורה הראשונה היא עכבת המוצא לשלב הראשון (משדר רדיו, למשל) והנורה השנייה היא העומס, או במילים אחרות עכבת הקלט של הנורה השנייה (אנטנה, למשל). אנחנו רוצים לוודא שהכוח הרב ביותר מועבר לעומס, במקרה שלנו, המשמעות היא שהכוח הרב ביותר מועבר לאוויר כך שתחנת רדיו יכולה להישמע רחוק יותר. מקסימום זה העברת הספק מתרחשת כאשר עכבת המוצא של המקור שווה לעכבת הכניסה של העומס מכיוון שאם עכבת המוצא גדולה מהעומס יותר כוח מאבד במקור (הנורה הראשונה מאירה יותר).
יחס גל עומד - מדד התאמת עכבה
מדידה המשמשת להגדרת מידת ההתאמה של שני שלבים נקראת SWR (Standing Wave Ratio). זהו היחס בין העכבה הגדולה בהשוואה לזו הקטנה יותר, משדר 50 Ω לאנטנה 200 Ω נותן 4 SWR, אנטנה 75 Ω שמזין מערבל NE612 (עכבת הקלט היא 1500 Ω) ישירות יהיה SWR של 20. A התאמה מושלמת, נניח אנטנה 50 Ω ומקלט 50 Ω נותן SWR של 1.
במשדרי רדיו, SWRs מתחת ל -1.5 נחשבים הגונים והפעלה כאשר SWR הוא מעל 3 עלולה לגרום לנזק עקב התחממות יתר של התקני שלב הפלט הכוח (צינורות ואקום או טרנזיסטורים). בקבלת יישומים, SWR גבוה לא יגרום נזק אך זה יהפוך את המקלט לרגיש פחות מכיוון שהאות שהתקבל יוחלש עקב אי התאמה ואובדן מתח כתוצאה מכך.
מכיוון שרוב המקלטים משתמשים בצורה כלשהי של מסנן מעבר פס קלט, ניתן לתכנן את מסנן הקלט כך שיתאים את האנטנה לשלב הקלט של המקלט. לכל משדרי הרדיו יש פילטרי פלט המשמשים להתאמת שלב פלט ההספק לעכבה הספציפית (בדרך כלל 50 Ω). בחלק מהמשדרים יש מכווני אנטנה מובנים שניתן להשתמש בהם כדי להתאים את המשדר לאנטנה אם עכבת האנטנה שונה מעכבת הפלט של המשדר שצוין. אם אין טיונר אנטנה, יש להשתמש במעגל התאמה חיצוני. קשה לחשב את אובדן ההספק בגלל אי התאמה, ולכן משתמשים במחשבים מיוחדים או בטבלאות אובדן SWR. טבלת אובדן SWR טיפוסית מוצגת להלן
באמצעות טבלת SWR לעיל, אנו יכולים לחשב את אובדן החשמל וגם את אובדן המתח. מתח הולך לאיבוד בגלל אי התאמה כאשר עכבת העומס נמוכה מעכבת המקור והזרם הולך לאיבוד כאשר עכבת העומס גבוהה יותר מהמקור.
משדר 50 Ω שלנו עם אנטנה 200 Ω עם 4 SWR יאבד כ 36% מהספק שלו, כלומר, 36% פחות כוח יועבר לאנטנה בהשוואה אם לאנטנה הייתה עכבה של 50 Ω. הכוח האבוד יתפוגג בעיקר במקור, כלומר אם המשדר שלנו היה נותן 100W, 36W יתפזרו בו בנוסף כחום. אם משדר 50 Ω שלנו היה יעיל ב -60%, הוא יתפזר 66 וואט בעת העברת 100 וואט לאנטנה של 50 Ω. כאשר הוא מחובר לאנטנת 200 Ω, הוא יפיץ 36 וואט נוספים כך שהספק הכולל שאבד כחום במשדר הוא 102 וואט. עליית הכוח המופצת במשדר לא רק שפירושה שלא נפלט הספק מלא על ידי האנטנה. אך גם לסכן נזק למשדר שלנו מכיוון שהוא מתפזר 102 וואט במקום 66 וואט, הוא תוכנן לעבוד איתו.
במקרה של אנטנה 75Ω, המזינה את כניסת ה- 1500Ω של ה- NE612 IC, איננו מודאגים מכך שאיבד כחום, אלא מרמת האות המוגברת שניתן להשיג באמצעות התאמת עכבה. בואו נגיד ש 13nW של RF מושרה באנטנה. עם עכבה 75 Ω, 13nW נותן 1 mV - אנחנו רוצים להתאים את זה לעומס 1500 Ω שלנו. כדי לחשב את מתח המוצא לאחר המעגל התואם, עלינו לדעת את יחס העכבה, במקרה שלנו, 1500 Ω / 75 Ω = 20. יחס המתח (כמו יחס סיבובים בשנאים) שווה לשורש הריבועי של יחס העכבה, ולכן √20≈8.7. המשמעות היא שמתח המוצא יהיה גדול פי 8.7, כך שהוא יהיה שווה ל- 8.7 mV. המעגלים התואמים מתנהגים כמו שנאים.
מכיוון שההספק הנכנס למעגל התואם וההספק היוצא זהה (פחות הפסד), זרם המוצא יהיה נמוך יותר מהכניסה בפקטור 8.7, אך מתח המוצא יהיה גדול יותר. אם היינו מתאימים עכבה גבוהה לנמוכה היינו מקבלים מתח נמוך יותר אבל זרם גבוה יותר.
שנאים תואמים עכבה
ניתן להשתמש ברובוטריקים מיוחדים הנקראים שנאי התאמה עכבה. היתרון העיקרי של שנאים כמכשירים תואמי עכבה הוא שיש להם פס רחב, כלומר הם יכולים לעבוד עם מגוון רחב של תדרים. שנאי שמע המשתמשים בליבות פלדה, כמו אלה המשמשים במעגלי מגבר צינור ואקום כדי להתאים את העכבה הגבוהה של הצינור לעכבה הנמוכה של הרמקול, הם בעלי רוחב פס של 20 הרץ עד 20 קילוהרץ, שנאי RF המיוצרים באמצעות ליבות פריט או אפילו ליבות אוויר יכולות יש רוחב פס של 1MHz-30MHz.
רובוטריקים יכולים לשמש התקני התאמת עכבה, בגלל יחס הסיבובים שלהם שמשנה את העכבה שהמקור "רואה". אתה יכול גם לבדוק את הבסיס הזה של מאמר השנאי אם אתה חדש לגמרי בשנאים. אם יש לנו שנאי עם יחס של 1: 4 סיבובים, זה אומר שאם היה מוחל 1 וולט של זרם חילופין על הראשוני, יהיה לנו 4 וולט של זרם זרם על הפלט. אם נוסיף נגן 4Ω ליציאה, 1A של זרם יזרום במשני, הזרם בראשוני שווה לזרם המשני כפול יחס הסיבוב (מחולק אם השנאי היה מסוג למטה, כמו רשת שנאים), כך 1A * 4 = 4A. אם אנו משתמשים בחוק Ω כדי לקבוע את העכבה שהשנאי מציג למעגל יש לנו 1V / 4A = 0.25Ω, בזמן שחיברנו עומס 4Ω לאחר השנאי התואם. יחס העכבה הוא 0.25Ω עד 4Ω או גם 1:16. אפשר לחשב את זה גם בזהנוסחת יחס עכבה:
(n A / n B) ² = r i
כאשר n A הוא מספר הפניות הראשוניות בפיתול עם יותר פניות, n B הוא מספר הפניות בפיתול עם פחות פניות, ו- r i הוא יחס העכבה. כך קורה התאמת עכבה.
אם היינו משתמשים שוב בחוק אוהם, אך כעת כדי לחשב את הכוח שזורם לראשוני היה לנו 1V * 4A = 4W, במשני, יהיה לנו 4V * 1A = 4W. המשמעות היא שהחישובים שלנו נכונים, שנאים ומעגלי התאמת עכבה אחרים אינם נותנים יותר כוח ממה שהם מוזנים. אין כאן אנרגיה חופשית.
כיצד לבחור שנאי תואם עכבה
ניתן להשתמש במעגל התאמת שנאי כאשר יש צורך בסינון מעבר פס, הוא אמור להיות מהדהד עם השראות המשנית בתדירות השימוש. הפרמטרים העיקריים של שנאים כהתקני התאמת עכבה הם:
- יחס עכבה או יחס סיבובים נפוץ יותר (n)
- השראות ראשונית
- השראות משנית
- עכבה ראשונית
- עכבה משנית
- תדר תהודה עצמית
- תדירות פעולה מינימלית
- תדירות פעולה מקסימאלית
- תצורה מפותלת
- נוכחות של פער אוויר ומקסימום זרם DC
- מקסימום כּוֹחַ
מספר הסיבובים הראשוני אמור להספיק, ולכן לפיתול הראשוני של השנאי יש תגובת (זהו סליל) פי ארבע מעכבת הפלט של המקור בתדירות הפעולה הנמוכה ביותר.
מספר הפניות המשניות שווה למספר הפניות בפריימריז, חלקי השורש הריבועי של יחס העכבה.
עלינו לדעת באיזה סוג ליבה וגודל להשתמש, ליבות שונות עובדות טוב בתדרים שונים, שמחוץ להם הם מציגים אובדן.
גודל הליבה תלוי בכוח הזורם דרך הליבה, מכיוון שכל ליבה מציגה הפסדים וליבות גדולות יותר יכולות לפזר טוב יותר את ההפסדים הללו ולא להראות רוויה מגנטית ודברים לא רצויים באותה קלות.
נדרש פער אוויר כאשר זרם DC יזרום דרך כל סלילה על השנאי אם הליבה המשמשת עשויה למינציות פלדה, כמו בשנאי חשמל.
מעגלים תואמים לשנאי - דוגמה
לדוגמא, אנו זקוקים לשנאי שיתאים מקור 50 Ω לעומס 1500 Ω בטווח התדרים של 3 מגה-הרץ עד 30 מגה-הרץ במקלט. ראשית עלינו לדעת לאיזה ליבה נצטרך מכיוון שמדובר במקלט, מעט מאוד כוח יזרום דרך השנאי, כך שגודל הליבה יכול להיות קטן. גרעין טוב ביישום זה יהיה ה- FT50-75. לטענת היצרן, טווח התדרים שלו כשנאי פס רחב הוא 1MHz עד 50MHz, מספיק טוב ליישום זה.
כעת עלינו לחשב את הסיבובים הראשוניים, אנו זקוקים לתגובה הראשית לגובה פי 4 מעכבת פלט המקור, ולכן 200 Ω. בתדר ההפעלה המינימלי של 3 מגה-הרץ, למשרן של 10.6uH יש 200 Ω של תגובה. באמצעות מחשבון מקוון אנו מחשבים כי אנו זקוקים לשתי סיבובי חוט על הליבה כדי לקבל 16uH, קצת מעל 10.6uH, אך במקרה זה, עדיף שהוא יהיה גדול יותר מאשר שיהיה קטן יותר. 50 Ω עד 1500 Ω נותן יחס עכבה של 30. מכיוון שיחס הסיבובים הוא השורש הריבועי של יחס העכבה אנו מקבלים סביב 5.5, ולכן עבור כל סיבוב ראשוני אנו זקוקים ל -5.5 סיבובים משניים כדי שה 1500 Ω בשיעור המשני ייראה כמו המקור. מכיוון שיש לנו 2 סיבובים ראשוניים אנחנו צריכים 2 * 5.5 סיבובים על המשניים, כלומר 11 סיבובים. קוטר החוט צריך לעקוב אחרי 3A / 1mm 2 כלל (מקסימום 3A זורם לכל מילימטר מרובע של שטח חתך חוט).
לעתים קרובות נעשה שימוש בהתאמת שנאי במסנני מעבר פס, כדי להתאים מעגלים מהדהדים לעכבות נמוכות של אנטנות ומערבלים. ככל שהעכבה הטוענת את המעגל גבוהה יותר, רוחב הפס נמוך יותר ו- Q גבוה יותר. אם היינו מחברים מעגל תהודה ישירות לעכבה נמוכה רוחב הפס יהיה לעתים קרובות גדול מכדי שיהיה שימושי. מעגל התהודה מורכב מהמשני של הקבל L1 וקבל 220 pF הראשון והראשוני של L2 וקבל 220 pF השני.
התמונה לעיל מציגה התאמת שנאי המשמשת במגבר כוח שמע של צינור ואקום כדי להתאים את עכבת הפלט 3000 Ω של הצינור PL841 לרמקול 4 Ω. 1000 pF C67 מונע צלצולים בתדרי שמע גבוהים יותר.
התאמה של שנאי אוטומטי לאיזון עכבה
מעגל ההתאמה של השנאי האוטומטי הוא גרסה של מעגל התאמת השנאי, שבו שני הפיתולים מחוברים זה על גבי זה. משתמשים בו בדרך כלל במשרני מסנני IF, יחד עם התאמת שנאי לבסיס, שם הוא משמש להתאמת העכבה התחתונה של הטרנזיסטור לעכבה גבוהה שמעמיסה פחות את מעגל הכוונון ומאפשרת רוחב פס קטן יותר ולכן סלקטיביות רבה יותר. תהליך העיצוב שלהם הוא כמעט זהה, כאשר מספר הסיבובים הראשוניים שווים למספר הסיבובים מהברז של הסליל לקצה "הקר" או מקורקע ומספר הסיבובים על המשנית שווה ל מספר הסיבובים בין הברז לקצה "החם" או לקצה המחובר לעומס.
התמונה שלעיל מציגה מעגל תואם לשינוי אוטומטי. C הוא אופציונלי אם משתמשים בו, הוא אמור להיות מהדהד עם ההשראות של L בתדירות השימוש. בדרך זו המעגל מספק גם סינון.
תמונה זו ממחישה התאמה אוטומטית של שנאי ושנאי המשמשים בשנאי IF. העכבה הגבוהה של השדר האוטומטי מתחברת ל- C17, קבל זה יוצר מעגל מהדהד עם כל המתפתל. מכיוון שקבל זה מתחבר לקצה העכבה הגבוהה של השנאי האוטומטי, ההתנגדות הטוענת את המעגל המכוון גבוהה יותר, ולכן מעגל Q גדול יותר ורוחב הפס IF מופחת ומשפר את הסלקטיביות והרגישות. שנאי המתאים מצמיד את האות המוגבר לדיודה.
התאמת שנאי אוטומטי המשמש במגבר כוח טרנזיסטור, הוא תואם את עכבת הפלט 12 Ω של הטרנזיסטור לאנטנה 75 Ω. C55 מחובר במקביל לקצה העכבה הגבוהה של השנאי האוטומטי ויוצר מעגל תהודה המסנן הרמוניות.