이전 기사에서 임피던스 매칭의 기초와 임피던스 매칭 트랜스포머를 사용하는 방법에 대해 논의했습니다. 임피던스 매칭 트랜스포머를 사용하는 것 외에도 설계자 는 RF 증폭기의 출력에서 임피던스 필터 회로 를 사용 하여 필터링 회로 및 임피던스 매칭 회로로도 사용할 수 있습니다. 임피던스 매칭에 사용할 수있는 필터 회로에는 여러 유형이 있으며 가장 일반적인 필터 회로는이 기사에서 설명합니다.
LC 필터 매칭
다양한 LC 필터 를 사용하여 임피던스를 일치시키고 필터링을 제공 할 수 있습니다. 필터링은 전력 RF 증폭기 의 출력에서 특히 중요 합니다. 안테나에서 전송하기 전에 필터링해야하는 원치 않는 고조파를 많이 생성하기 때문입니다. 간섭을 유발하고 스테이션에서 전송하도록 승인 된 주파수 이외의 주파수에서 전송할 수 있기 때문입니다. on은 불법 일 수 있습니다. 저역 통과 LC 필터를 다룰 것입니다.무선 전력 증폭기는 고조파 만 생성하고 고조파 신호는 항상 기본 신호의 전체 배수이기 때문에 항상 기본 신호보다 더 높은 주파수를 갖습니다. 이것이 우리가 저역 통과 필터를 사용하는 이유입니다. 고조파 제거. LC 필터를 설계 할 때 임피던스 대신 소스 저항 및 부하 저항에 대해 이야기 할 것입니다. 부하 또는 소스에 직렬 또는 병렬 인덕턴스 또는 커패시턴스가 있으므로 비저항 임피던스 계산이 훨씬 더 복잡해지기 때문입니다. 이 경우 PI 필터 또는 L 필터 계산기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 대부분의 경우 집적 회로, 적절하게 제작되고 조정 된 안테나, TV 및 라디오 수신기, 송신기 등 출력 / 입력 임피던스 = 저항.
"Q"요인
모든 LC 필터에는 Q (품질) 계수 라는 매개 변수가 있으며 저역 통과 및 고역 통과 필터에서 주파수 응답의 가파른 정도를 결정합니다. 낮은 Q 필터는 매우 광대역이며 높은 Q 필터만큼 좋은 원치 않는 주파수를 필터링하지 않습니다. 높은 Q 필터는 원하지 않는 주파수를 필터링하지만 공진 피크를 가지므로 대역 통과 필터 역할도합니다. 높은 Q 팩터는 때때로 효율성을 감소시킵니다.
L 필터
L 필터는 가장 단순한 형태의 LC 필터입니다. 커패시터와 인덕터로 구성되며 RC 필터와 유사한 방식으로 연결된 인덕터가 저항을 대체합니다. 소스 임피던스보다 높거나 낮은 임피던스를 일치시키는 데 사용할 수 있습니다. 모든 L 필터에는 주어진 입력 임피던스를 주어진 출력 임피던스에 일치시킬 수있는 L과 C의 조합이 하나뿐입니다.
예를 들어, 50Ω 부하를 14MHz에서 100Ω 부하에 일치 시키려면 114pF 커패시터가있는 560nH 인덕터가 필요합니다. 이것은이 주파수에서 이러한 저항과 일치시킬 수있는 유일한 조합입니다. Q 계수, 따라서 필터가 얼마나 좋은지
√ ((R / R B) -1) = Q
R 여기서 A는 큰 임피던스이고, RL은 작은 임피던스이고, Q는 접속 적절한 부하와 Q 인자이다.
우리의 경우로드 된 Q는 √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1과 같습니다. 필터링을 더 많이 또는 더 적게 원하면 (다른 Q) Q는 완전히 조정 가능하며 주어진 주파수에서 필요한 매칭을 제공 할 수있는 서로 다른 L 및 C 조합을 가질 수 있습니다.
L 필터 구성 요소의 값 을 계산 하려면 소스의 출력 저항, 부하의 저항 및 작동 빈도의 세 가지가 필요합니다.
예를 들어 소스의 출력 저항은 3000Ω, 부하 저항은 50Ω, 주파수는 14MHz입니다. 소스 저항이 부하 저항보다 크므로 "b"필터를 사용합니다.
먼저 L 필터의 두 구성 요소에 대한 리액턴스를 계산해야합니다. 그런 다음 리액턴스와 사용 빈도를 기반으로 인덕턴스와 커패시턴스를 계산할 수 있습니다.
X L = √ (R S * (R L -R S)) × 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
리액턴스 계산기를 사용하여 14MHz에서 384.1Ω 리액턴스를 갖는 인덕턴스를 결정합니다.
L = 4.37 μH X C = (R S * R L) / X L X C = (50 * 3000 Ω Ω) /384.1 Ω X C = 150,000 Ω 2 /384.1 Ω X C = 390.6 Ω
리액턴스 계산기를 사용하여 14MHz에서 390.6Ω 리액턴스를 갖는 인덕턴스를 결정합니다.
C = 29.1pF
보시다시피 필터의 주파수 응답은 14MHz에서 공진 피크가있는 저역 통과이고, Q가 낮 으면 Q가 높은 필터에 의해 공진 피크가 발생하고, 필터는 피크가없는 저역 통과입니다. 다른 Q를 원하여 필터가 더 광대역이되도록하려면 L 필터의 Q가 소스 저항과 부하 저항에 의존하기 때문에 PI 필터를 사용해야합니다. 이 회로를 사용하여 튜브 또는 트랜지스터의 출력 임피던스를 일치시키는 경우 필터의 커패시터에서 접지 커패시턴스에 대한 출력이 병렬이기 때문에 빼야합니다. 콜렉터-이미 터 커패시턴스 (일명 출력 커패시턴스)가 10pF 인 트랜지스터를 사용하는 경우 C의 커패시턴스는 29.1pF 대신 19.1pF 여야합니다.
PI 필터
PI 필터는 매우 다재다능한 정합 회로로, 3 개의 반응 요소, 일반적으로 2 개의 커패시터와 1 개의 인덕터로 구성됩니다. L과 C의 하나의 조합 만이 주어진 주파수에서 필요한 임피던스 매칭을 제공하는 L 필터와 달리 PI 필터는 원하는 임피던스 매칭을 달성하기 위해 C1, C2 및 L의 여러 조합을 허용하며, 각 조합은 서로 다른 Q를 갖습니다.
PI 필터는 입력 대 출력 임피던스 비율 (r i)이 커패시터의 제곱 비율에 의해 결정 되기 때문에 RF 전력 증폭기와 같은 다양한 부하 저항 또는 복잡한 임피던스로 조정해야하는 애플리케이션에서 더 자주 사용 됩니다. 다른 임피던스로 튜닝 할 때 코일은 동일하게 유지 될 수 있지만 커패시터 만 튜닝됩니다. RF 전력 증폭기의 C1 및 C2는 종종 가변적입니다.
(C1 / C2) ² = r i
더 많은 광대역 필터 를 원할 때 우리는 더 선명한 필터를 원할 때 Q crit 보다 약간 높은 Q를 사용 합니다. 예를 들어 RF 전력 증폭기의 출력에서 우리는 Q crit 보다 훨씬 크지 만 10 미만인 Q 를 사용합니다. 필터의 Q가 높을수록 효율이 낮아집니다. RF 출력 단계에서 PI 필터의 일반적인 Q는 7이지만이 값은 다를 수 있습니다.
Q의 크리 = √ (R / R B -1)
여기서, R , A는 두 (소스 또는 부하)의 저항이 높고 R B는 작은 저항이다. 일반적으로 높은 Q 의 PI 필터 는 다음과 같은 커패시턴스를 가진 코일 L과 커패시터 C로 만든 병렬 공진 회로로 임피던스 매칭을 무시하는 것으로 간주 할 수 있습니다.
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
이 공진 회로 는 필터가 사용될 주파수에서 공진 해야합니다.
PI 필터 구성 요소의 값을 계산하려면 소스의 출력 저항, 부하 저항, 작동 주파수 및 Q의 네 가지가 필요합니다.
예를 들어 8Ω 소스를 Q가 7 인 75Ω 부하에 일치시켜야합니다.
R A 는 두 가지 (소스 또는 부하) 저항 중 더 높고 R B 는 더 작은 저항입니다.
X C1 = R / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10.7 Ω
리액턴스 계산기를 사용하여 7MHz에서 10.7Ω 리액턴스를 갖는 커패시턴스를 결정합니다.
C1 = 2.12 nF의 X L = (Q * R + (R * R B / X C2)) / (Q 2 +1) × 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
리액턴스 계산기를 사용하여 7MHz에서 14.84Ω 리액턴스를 갖는 인덕턴스를 결정합니다.
L = 340 nH의 X C2 = R B * √ ((R / R B) / (Q 2 + 1- (R / 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
리액턴스 계산기를 사용하여 7MHz에서 3.59Ω 리액턴스를 갖는 커패시턴스를 결정합니다.
C2 = 6.3nF
L 필터와 마찬가지로 출력 장치에 출력 커패시턴스 (튜브의 경우 플레이트-음극, BJT의 경우 컬렉터에서 이미 터, 종종 MOSFET, 튜브 및 BJT의 경우 출력 커패시턴스)가있는 경우 해당 커패시턴스는 C1에서 빼야합니다. 그것에 병렬로 연결됩니다. 출력 커패시턴스가 180pF 인 IRF510 트랜지스터를 사용하는 경우 전원 출력 장치 C1은 6.3nF-0.18nF이므로 6.17nF 여야합니다. 더 높은 출력 전력을 얻기 위해 병렬로 여러 트랜지스터를 사용하면 커패시턴스가 합산됩니다.
3 IRF510의 경우 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF이므로 6.3 nF 대신 5.76 nF입니다.
임피던스 매칭에 사용되는 기타 LC 회로
T 필터, 트랜지스터 전력 증폭기 용 특수 정합 회로 또는 PI-L 필터 (추가 인덕터가있는 PI 필터)와 같이 임피던스를 일치시키는 데 사용되는 다양한 LC 회로가 있습니다.
