Pada artikel sebelumnya, kita membahas dasar-dasar pencocokan impedansi dan cara menggunakan transformator pencocokan impedansi. Selain menggunakan transformator pencocokan impedansi, desainer juga dapat menggunakan rangkaian Filter Impedansi pada keluaran penguat RF yang dapat berfungsi ganda sebagai rangkaian penyaringan dan juga sebagai rangkaian pencocokan impedansi. Ada banyak jenis rangkaian filter yang dapat digunakan untuk pencocokan Impedansi, yang paling umum dibahas dalam artikel ini.
Pencocokan Filter LC
Berbagai filter LC dapat digunakan untuk mencocokkan impedansi dan menyediakan penyaringan. Penyaringan sangat penting terutama pada keluaran penguat RF daya karena menghasilkan banyak harmonisa yang tidak diinginkan yang harus disaring sebelum dikirim oleh antena karena dapat menyebabkan gangguan dan pemancaran pada frekuensi selain yang disetujui stasiun untuk memancarkannya. pada bisa ilegal. Kami akan membahas filter LC low-passkarena penguat daya radio hanya menghasilkan harmonik, dan sinyal harmonik selalu merupakan kelipatan keseluruhan dari sinyal dasar, sehingga mereka selalu memiliki frekuensi yang lebih tinggi daripada sinyal dasar - inilah mengapa kami menggunakan filter jalur rendah, mereka membiarkan sinyal yang diinginkan masuk sambil mendapatkan singkirkan harmonisa. Saat merancang filter LC, kita akan berbicara tentang resistansi sumber dan resistansi beban daripada impedansi, karena jika beban atau sumber memiliki beberapa induktansi atau kapasitansi seri atau paralel, dan oleh karena itu impedansi non-resistif, perhitungannya menjadi jauh lebih kompleks. Dalam hal ini, yang terbaik adalah menggunakan filter PI atau kalkulator filter L. Dalam kebanyakan kasus, seperti sirkuit terintegrasi, antena yang dibuat dan disetel dengan benar, penerima TV dan radio, pemancar, dll. Impedansi keluaran / masukan = resistansi.
Faktor "Q"
Setiap filter LC memiliki parameter yang dikenal sebagai faktor Q (kualitas), pada filter low pass dan high pass menentukan kecuraman respon frekuensi. Filter Q rendah akan menjadi sangat broadband dan tidak akan menyaring frekuensi yang tidak diinginkan sebaik filter Q tinggi. Filter Q tinggi akan menyaring frekuensi yang tidak diinginkan, tetapi akan memiliki puncak resonan, sehingga juga akan bertindak sebagai filter bandpass. Faktor Q Tinggi terkadang mengurangi efisiensi.
Filter L.
Filter L adalah bentuk filter LC yang paling sederhana. Mereka terdiri dari kapasitor dan induktor, dihubungkan dengan cara yang mirip dengan yang ditemukan di filter RC, dengan induktor menggantikan resistor. Mereka dapat digunakan untuk mencocokkan impedansi yang lebih tinggi atau lebih rendah dari impedansi sumber. Di setiap filter L, hanya ada satu kombinasi L dan C yang dapat mencocokkan impedansi masukan yang diberikan dengan impedansi keluaran yang diberikan.
Misalnya, untuk mencocokkan beban 50 Ω dengan beban 100 Ω pada 14MHz, kita memerlukan induktor 560nH dengan kapasitor 114pF - ini adalah satu-satunya kombinasi yang dapat melakukan pencocokan pada frekuensi ini dengan resistansi ini. Faktor Q mereka, dan oleh karena itu seberapa bagus filter itu
√ ((R A / R B) -1) = Q
Dimana R A adalah impedansi yang lebih besar, RL adalah impedansi yang lebih kecil, dan Q adalah faktor Q dengan beban yang sesuai terhubung.
Dalam kasus kita, Q yang dimuat akan sama dengan √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Jika kita menginginkan lebih atau kurang penyaringan (Q berbeda), kita akan membutuhkan Filter PI, di mana Q sepenuhnya dapat disesuaikan dan Anda dapat memiliki kombinasi L dan C berbeda yang dapat memberi Anda pencocokan yang diperlukan pada frekuensi tertentu, masing-masing dengan Q yang berbeda.
Untuk menghitung nilai komponen filter L, kita membutuhkan tiga hal yaitu resistansi keluaran sumber, tahanan beban, dan frekuensi pengoperasian.
Misalnya, resistansi keluaran dari sumber akan menjadi 3000 Ω, resistansi beban akan menjadi 50 Ω, dan frekuensinya adalah 14 MHz. Karena resistansi sumber kami lebih besar dari resistansi beban, kami akan menggunakan filter "b"
Pertama, kita perlu menghitung reaktansi dari dua komponen filter L, kemudian kita dapat menghitung induktansi dan kapasitansi berdasarkan reaktansi dan frekuensi penggunaan:
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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang memiliki reaktansi 384,1 Ω pada 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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang memiliki reaktansi 390,6 Ω pada 14MHz
C = 29,1 pF
Seperti yang Anda lihat, respons frekuensi filter adalah low pass dengan puncak resonan pada 14MHz, puncak resonansi disebabkan oleh filter yang memiliki Q tinggi jika Q lebih rendah, filter akan lowpass tanpa puncak. Jika kita menginginkan Q yang berbeda, sehingga filter akan lebih broadband, kita perlu menggunakan filter PI karena Q filter L tergantung pada resistansi sumber dan resistansi beban. Jika kita menggunakan rangkaian ini untuk mencocokkan impedansi keluaran dari tabung atau transistor, kita perlu mengurangkan keluaran ke kapasitansi ground dari kapasitor filter karena mereka paralel. Jika kita menggunakan transistor dengan kapasitansi kolektor-emitor (alias kapasitansi keluaran) 10pF, kapasitansi C harus 19,1 pF, bukan 29,1 pF.
Filter PI
Filter PI adalah rangkaian pencocokan yang sangat serbaguna, terdiri dari 3 elemen reaktif, biasanya dua kapasitor dan satu induktor. Berbeda dengan filter L, di mana hanya satu kombinasi L dan C yang memberikan pencocokan impedansi yang diperlukan pada frekuensi tertentu, filter PI memungkinkan beberapa kombinasi C1, C2, dan L untuk mencapai pencocokan impedansi yang diinginkan, setiap kombinasi memiliki Q yang berbeda.
Filter PI lebih sering digunakan dalam aplikasi, di mana ada kebutuhan untuk menyetel ke resistansi beban yang berbeda atau bahkan impedansi kompleks, seperti penguat daya RF karena rasio impedansi input ke output (r i) ditentukan oleh rasio kapasitor kuadrat, jadi ketika menyetel ke impedansi yang berbeda, kumparan dapat tetap sama, sementara hanya kapasitor yang disetel. C1 dan C2 pada penguat daya RF sering kali bervariasi.
(C1 / C2) ² = r i
Ketika kita menginginkan filter yang lebih broadband, kita menggunakan Q sedikit di atas kritik Q ketika kita menginginkan filter yang lebih tajam, seperti pada output penguat daya RF kita menggunakan Q yang jauh lebih besar dari Q crit, tetapi di bawah 10, sebagai semakin tinggi Q filter, semakin rendah efisiensinya. Tipikal Q dari filter PI dalam tahap keluaran RF adalah 7, tetapi nilai ini dapat bervariasi.
Q kritik = √ (R A / R B -1)
Dimana: R A adalah resistansi yang lebih tinggi dari dua (sumber atau beban) dan R B adalah resistansi yang lebih kecil. Secara umum, filter PI pada Q yang lebih tinggi dapat dianggap, mengabaikan pencocokan impedansi sebagai rangkaian resonansi paralel yang terbuat dari kumparan L dan kapasitor C dengan kapasitansi yang sama dengan:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Sirkuit resonansi ini harus beresonansi pada frekuensi filter akan digunakan.
Untuk menghitung nilai komponen filter PI kita membutuhkan empat hal: resistansi keluaran sumber, resistansi beban, frekuensi operasi, dan Q.
Misalnya, kita perlu mencocokkan sumber 8Ω dengan beban 75Ω dengan Q 7.
R A adalah resistansi yang lebih tinggi dari dua (sumber atau beban) dan R B adalah resistansi yang lebih kecil.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10,7 Ω
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan kapasitansi yang memiliki reaktansi 10,7 Ω pada 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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan induktansi yang memiliki reaktansi 14,84 Ω pada 7 MHz
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
Kami menggunakan kalkulator reaktansi untuk menentukan kapasitansi yang memiliki reaktansi 3,59 Ω pada 7 MHz
C2 = 6.3nF
Seperti dengan filter L, jika perangkat keluaran kita memiliki kapasitansi keluaran (pelat-katoda untuk tabung, kolektor ke emitor untuk BJT, seringkali hanya kapasitansi keluaran untuk MOSFET, tabung, dan BJT) kita perlu menguranginya dari C1 karena kapasitansi itu terhubung secara paralel dengannya. Jika kita menggunakan transistor IRF510, dengan kapasitansi keluaran 180 pF, sebagai perangkat keluaran daya C1 harus 6,3 nF-0,18 nF, jadi 6,17 nF. Jika kita menggunakan beberapa transistor secara paralel untuk mendapatkan daya keluaran yang lebih tinggi, kapasitansi akan dijumlahkan.
Untuk 3 IRF510 akan menjadi 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, jadi 5,76 nF bukan 6,3 nF.
Sirkuit LC lainnya Digunakan untuk pencocokan Impedansi
Ada banyak rangkaian LC berbeda yang digunakan untuk mencocokkan impedansi, seperti filter T, rangkaian pencocokan khusus untuk amplifier daya transistor, atau filter PI-L (filter PI dengan induktor tambahan).
