في المقالة السابقة ، ناقشنا أساسيات مطابقة المعاوقة وكيفية استخدام محول مطابقة المعاوقة. بصرف النظر عن استخدام محول مطابقة المعاوقة ، يمكن للمصممين أيضًا استخدام دوائر مرشح الممانعة عند خرج مضخم التردد اللاسلكي الذي يمكن أن يتضاعف كدائرة ترشيح وأيضًا كدائرة مطابقة للمعاوقة. هناك العديد من أنواع دوائر التصفية التي يمكن استخدامها لمطابقة المعاوقة ، وتتم مناقشة أكثرها شيوعًا في هذه المقالة.
مطابقة مرشح LC
يمكن استخدام مرشحات LC المختلفة لمطابقة الممانعات وتوفير التصفية. تعتبر التصفية مهمة بشكل خاص على خرج مضخمات التردد اللاسلكي لأنها تولد الكثير من التوافقيات غير المرغوب فيها التي يجب تصفيتها قبل إرسالها بواسطة الهوائي لأنها يمكن أن تسبب تداخلاً وإرسالها على ترددات غير تلك التي تمت الموافقة على المحطة لإرسالها يمكن أن يكون غير قانوني. سنغطي مرشحات LC منخفضة التمريرلأن مضخمات الطاقة الراديوية تولد توافقيات فقط ، والإشارات التوافقية هي دائمًا المضاعف الكامل للإشارات الأساسية ، لذلك يكون لها دائمًا ترددات أعلى من الإشارة الأساسية - ولهذا السبب نستخدم مرشحات تمرير منخفض ، فهي تسمح بمرور الإشارة المطلوبة أثناء الحصول على تخلص من التوافقيات. عند تصميم مرشحات LC ، سنتحدث عن مقاومة المصدر ومقاومة الحمل بدلاً من الممانعة ، لأنه إذا كان الحمل أو المصدر يحتوي على بعض المحاثة أو السعة المتسلسلة أو الموازية ، وبالتالي مقاومة غير مقاومة ، تصبح الحسابات أكثر تعقيدًا. في هذه الحالة ، من الأفضل استخدام مرشح PI أو آلة حاسبة لمرشح L. في معظم الحالات ، مثل الدوائر المتكاملة ، والهوائيات المصممة والمضبوطة بشكل صحيح ، وأجهزة استقبال التلفزيون والراديو ، وأجهزة الإرسال ، إلخ. مقاومة الخرج / الإدخال = المقاومة.
عامل "س"
يحتوي كل مرشح LC على معلمة تُعرف باسم عامل Q (الجودة) ، وفي مرشحات التمرير المنخفض والمرتفع ، فإنه يحدد شدة استجابة التردد. سيكون مرشح Q المنخفض واسع النطاق للغاية ولن يقوم بتصفية الترددات غير المرغوب فيها مثل مرشح Q العالي. سيقوم مرشح Q العالي بترشيح الترددات غير المرغوب فيها ، ولكنه سيكون له ذروة طنين ، لذلك سيعمل أيضًا كمرشح تمرير النطاق. يقلل عامل الجودة العالية في بعض الأحيان من الكفاءة.
مرشحات L.
مرشحات L هي أبسط أشكال مرشحات LC. وهي تتكون من مكثف ومحث ، متصلين بطريقة مشابهة لتلك الموجودة في مرشحات RC ، مع استبدال المحرض بالمقاوم. يمكن استخدامها لمطابقة مقاومة أعلى أو أقل من مقاومة المصدر. في كل مرشح L ، توجد مجموعة واحدة فقط من L و C يمكنها مطابقة مقاومة إدخال معينة لمقاومة خرج معينة.
على سبيل المثال ، لمطابقة حمولة 50 بحمل 100 عند 14 ميجا هرتز ، نحتاج إلى محث 560nH مع مكثف 114pF - هذا هو المزيج الوحيد الذي يمكنه مطابقة هذا التردد مع هذه المقاومة. عامل Q الخاص بهم ، وبالتالي مدى جودة المرشح
√ ((ص أ / ص ب) -1) = س
حيث R A هي الممانعة الأكبر ، RL هي المعاوقة الأصغر ، و Q هي العامل Q مع توصيل الحمل المناسب.
في حالتنا ، فإن Q المحملة ستكون مساوية لـ √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = 1 = 1. إذا أردنا تصفية أكثر أو أقل (Q مختلفة) ، فسنحتاج إلى مرشح PI ، حيث يمكن ضبط Q بشكل كامل ويمكن أن يكون لديك مجموعات مختلفة من L و C يمكن أن تمنحك المطابقة المطلوبة بتردد معين ، لكل منها Q مختلف.
ل حساب القيم من مكونات فلتر L، نحن بحاجة إلى ثلاثة أمور: المقاومة إخراج المصدر، مقاومة الحمل، وتردد التشغيل.
على سبيل المثال ، ستكون مقاومة خرج المصدر 3000 Ω ، وستكون مقاومة الحمل 50 Ω ، والتردد 14 ميجا هرتز. نظرًا لأن مقاومة مصدرنا أكبر من مقاومة الحمل ، فسوف نستخدم مرشح "b"
أولاً ، نحتاج إلى حساب مفاعلة مكوني مرشح L ، ثم يمكننا حساب المحاثة والسعة بناءً على المفاعلة وتكرار الاستخدام:
X L = √ (R S * (R L -R S)) X L = √ (50 Ω * (3000-50 Ω) X L = √ (50 Ω * (3000 Ω-50 Ω) X L = (50 * 2950 Ω) X L = √ (50 Ω * 2950 Ω) X L = √147500 Ω 2 X L = 384.1
نستخدم آلة حاسبة للمفاعلة لتحديد محاثة لها مفاعلة 384.1 Ω عند 14 ميجا هرتز
L = 4.37 μH X C = (R S * R L) / X L X C = (50 * 3000) /384.1 Ω X C = 150000 Ω 2 /384.1 Ω X C = 390.6 أوم
نستخدم حاسبة المفاعلة لتحديد محاثة مفاعلة 390.6 Ω عند 14 ميجا هرتز
C = 29.1 بيكو فاراد
كما ترون ، فإن استجابة تردد المرشح عبارة عن تمريرة منخفضة مع ذروة طنين عند 14 ميجاهرتز ، وتحدث ذروة الطنين بسبب وجود مرشح Q عالي إذا كان Q أقل ، فسيكون المرشح منخفضًا بدون ذروة. إذا أردنا Q مختلفًا ، لذلك سيكون المرشح أكثر اتساعًا ، فسنحتاج إلى استخدام مرشح PI لأن مرشح L Q يعتمد على مقاومة المصدر ومقاومة الحمل. إذا استخدمنا هذه الدائرة لمطابقة مقاومة الخرج لأنبوب أو ترانزستور ، فسنحتاج إلى طرح الناتج إلى السعة الأرضية من مكثف المرشح لأنهما متوازيان. إذا استخدمنا ترانزستورًا بسعة المجمع-الباعث (المعروف أيضًا باسم سعة الخرج) 10pF ، يجب أن تكون سعة C 19.1 pF بدلاً من 29.1 pF.
مرشحات PI
مرشح PI عبارة عن دائرة مطابقة متعددة الاستخدامات ، وتتكون من 3 عناصر تفاعلية ، عادة ما تكون مكثفتين ومحث واحد. على عكس المرشح L ، حيث أعطت مجموعة واحدة فقط من L و C مطابقة المعاوقة المطلوبة عند تردد معين ، يسمح مرشح PI بتوليفات متعددة من C1 و C2 و L لتحقيق مطابقة المعاوقة المرغوبة ، كل مجموعة لها Q مختلفة.
غالبًا ما تستخدم مرشحات PI في التطبيقات ، حيث تكون هناك حاجة لضبط مقاومات الحمل المختلفة أو حتى الممانعات المعقدة ، مثل مضخمات طاقة التردد اللاسلكي لأن مدخلاتها إلى نسبة مقاومة الخرج (r i) يتم تحديدها من خلال نسبة المكثفات المربعة ، عند الضبط على مقاومة مختلفة ، يمكن أن يظل الملف كما هو ، بينما يتم ضبط المكثفات فقط. غالبًا ما تكون C1 و C2 في مضخمات قدرة التردد اللاسلكي متغيرة.
(C1 / C2) ² = r i
عندما نريد مرشح نطاق عريض أكثر ، نستخدم Q أعلى بقليل من Q Crit عندما نريد مرشحًا أكثر حدة ، مثل إخراج مضخم طاقة RF ، نستخدم Q أكبر بكثير من Q crit ، ولكن أقل من 10 ، مثل كلما زاد مرشح الفلتر Q كلما انخفضت الكفاءة. مرشحات Q النموذجية لمرشحات PI في مراحل إخراج التردد اللاسلكي هي 7 ، لكن هذه القيمة يمكن أن تختلف.
Q crit = √ (R A / R B -1)
حيث: R A هي أعلى مقاومين (المصدر أو الحمل) و R B هي المقاومة الأصغر. بشكل عام ، يمكن اعتبار مرشح PI عند Q أعلى ، مع تجاهل مطابقة المعاوقة كدائرة طنين متوازية مصنوعة من ملف L ومكثف C بسعة تساوي:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
يجب أن يتردد صدى هذه الدائرة الرنانة عند التردد الذي سيُستخدم فيه المرشح.
لحساب قيم مكونات مرشح PI ، نحتاج إلى أربعة أشياء: مقاومة خرج المصدر ، ومقاومة الحمل ، وتكرار التشغيل ، و Q.
على سبيل المثال ، نحتاج إلى مطابقة مصدر 8Ω بحمل 75Ω مع Q من 7.
R A هي أعلى مقاومين (المصدر أو الحمل) و R B هي المقاومة الأصغر.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10.7 أوم
نستخدم آلة حاسبة للمفاعلة لتحديد سعة لها مفاعلة 10.7 Ω عند 7 ميجاهرتز
C1 = 2.12 nF X L = (Q * R A + (R A * R B / X C2)) / (Q 2 +1) X L = (7 * 75 Ω + (75 * 8 Ω / 3.59 Ω)) / 7 2 +1 X L = (575 Ω + (600 2 /3.59 Ω)) / 50 X L = (575 Ω + (167 Ω)) / 50 X L = 742/50 X L = 14.84 أوم
نستخدم آلة حاسبة للمفاعلة لتحديد محاثة لها مفاعلة 14.84 Ω عند 7 ميجاهرتز
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
نستخدم آلة حاسبة للمفاعلة لتحديد سعة لها مفاعلة 3.59 Ω عند 7 ميجاهرتز
C2 = 6.3nF
كما هو الحال مع مرشح L ، إذا كان جهاز الإخراج الخاص بنا يحتوي على أي سعة خرج (لوحة كاثود للأنابيب ، ومجمع إلى باعث لـ BJT ، وغالبًا ما يكون مجرد سعة خرج لـ MOSFET ، والأنابيب ، و BJTs) نحتاج إلى طرحها من C1 لأن هذه السعة هي متصلة بالتوازي معها. إذا استخدمنا ترانزستور IRF510 ، بسعة خرج تبلغ 180 pF ، كجهاز إخراج طاقة C1 يجب أن يكون 6.3 nF-0.18 nF ، لذلك 6.17 nF. إذا استخدمنا ترانزستورات متعددة على التوازي للحصول على طاقة خرج أعلى ، فستجمع السعات.
بالنسبة لـ 3 IRF510 ، سيكون 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF ، لذلك 5.76 nF بدلاً من 6.3 nF.
دارات LC الأخرى المستخدمة لمطابقة المعاوقة
هناك العديد من دوائر LC المختلفة المستخدمة لمطابقة الممانعات ، مثل مرشحات T ، أو دوائر مطابقة خاصة لمضخمات طاقة الترانزستور ، أو مرشحات PI-L (مرشح PI مع محث إضافي).
