ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్ డిజైన్ - ఎల్సి, ఎల్ మరియు పై ఫిల్టర్లు

మునుపటి వ్యాసంలో, ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ యొక్క ప్రాథమికాలను మరియు ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ను ఎలా ఉపయోగించాలో చర్చించాము. ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ను ఉపయోగించడమే కాకుండా, డిజైనర్లు RF యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ వద్ద ఇంపెడెన్స్ ఫిల్టర్ సర్క్యూట్‌లను కూడా ఉపయోగించవచ్చు, ఇది ఫిల్టరింగ్ సర్క్యూట్‌గా మరియు ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ సర్క్యూట్‌గా రెట్టింపు అవుతుంది. ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ కోసం అనేక రకాల ఫిల్టర్ సర్క్యూట్లు ఉపయోగించబడతాయి, చాలా సాధారణమైనవి ఈ వ్యాసంలో చర్చించబడ్డాయి.

LC ఫిల్టర్ సరిపోలిక

ఇంపెడెన్స్‌లను సరిపోల్చడానికి మరియు ఫిల్టరింగ్‌ను అందించడానికి వివిధ ఎల్‌సి ఫిల్టర్లను ఉపయోగించవచ్చు. శక్తి RF యాంప్లిఫైయర్ల ఉత్పత్తిపై వడపోత చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే అవి చాలా అవాంఛిత హార్మోనిక్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఎందుకంటే అవి యాంటెన్నా ద్వారా ప్రసారం కావడానికి ముందే ఫిల్టర్ చేయవలసి ఉంటుంది, ఎందుకంటే అవి ప్రసారం చేయడానికి స్టేషన్ ఆమోదించబడినవి కాకుండా ఇతర పౌన encies పున్యాలపై జోక్యం మరియు ప్రసారం చేయవచ్చు. ఆన్ చట్టవిరుద్ధం. మేము తక్కువ-పాస్ LC ఫిల్టర్లను కవర్ చేస్తాముఎందుకంటే రేడియో పవర్ యాంప్లిఫైయర్లు హార్మోనిక్‌లను మాత్రమే ఉత్పత్తి చేస్తాయి, మరియు హార్మోనిక్ సిగ్నల్స్ ఎల్లప్పుడూ బేస్ సిగ్నల్‌ల యొక్క మొత్తం గుణకం, కాబట్టి అవి ఎల్లప్పుడూ బేస్ సిగ్నల్ కంటే ఎక్కువ పౌన encies పున్యాలను కలిగి ఉంటాయి - అందువల్ల మేము తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్‌లను ఉపయోగిస్తాము, అవి కావలసిన సిగ్నల్‌ను అనుమతిస్తాయి హార్మోనిక్స్ వదిలించుకోవటం. LC ఫిల్టర్లను రూపకల్పన చేసేటప్పుడు, మేము ఇంపెడెన్స్కు బదులుగా సోర్స్ రెసిస్టెన్స్ మరియు లోడ్ రెసిస్టెన్స్ గురించి మాట్లాడుతాము, ఎందుకంటే లోడ్ లేదా సోర్స్ కొంత సిరీస్ లేదా సమాంతర ఇండక్టెన్స్ లేదా కెపాసిటెన్స్ కలిగి ఉంటే, మరియు నిరోధకత లేని ఇంపెడెన్స్ లెక్కలు చాలా క్లిష్టంగా ఉంటాయి. ఈ సందర్భంలో, PI ఫిల్టర్ లేదా L ఫిల్టర్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగించడం మంచిది. ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు, సరిగ్గా తయారు చేయబడిన మరియు ట్యూన్ చేసిన యాంటెనాలు, టీవీ మరియు రేడియో రిసీవర్లు, ట్రాన్స్మిటర్లు మొదలైనవి చాలా సందర్భాలలో అవుట్పుట్ / ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ = నిరోధకత.

“Q” కారకం

ప్రతి LC ఫిల్టర్‌లో Q (నాణ్యత) కారకం అని పిలువబడే పరామితి ఉంటుంది, తక్కువ పాస్ మరియు హై పాస్ ఫిల్టర్లలో ఇది ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన యొక్క ఏటవాలుగా నిర్ణయిస్తుంది. తక్కువ Q ఫిల్టర్ చాలా బ్రాడ్‌బ్యాండ్‌గా ఉంటుంది మరియు అధిక Q ఫిల్టర్ వలె అవాంఛనీయ పౌన encies పున్యాలను ఫిల్టర్ చేయదు. అధిక Q ఫిల్టర్ అవాంఛనీయ పౌన encies పున్యాలను ఫిల్టర్ చేస్తుంది, కానీ దీనికి ప్రతిధ్వనించే శిఖరం ఉంటుంది, కాబట్టి ఇది బ్యాండ్‌పాస్ ఫిల్టర్‌గా కూడా పనిచేస్తుంది. హై క్యూ కారకం కొన్నిసార్లు సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

ఎల్ ఫిల్టర్లు

L ఫిల్టర్లు LC ఫిల్టర్లలో సరళమైన రూపం. అవి కెపాసిటర్ మరియు ఇండక్టర్‌ను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి RC ఫిల్టర్లలో కనిపించే విధంగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి, ఇండక్టర్ రెసిస్టర్‌ను భర్తీ చేస్తుంది. సోర్స్ ఇంపెడెన్స్ కంటే ఎక్కువ లేదా తక్కువ ఉన్న ఇంపెడెన్స్‌ను సరిపోల్చడానికి వాటిని ఉపయోగించవచ్చు. ప్రతి L ఫిల్టర్‌లో, ఇచ్చిన ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్‌తో ఇచ్చిన అవుట్పుట్ ఇంపెడెన్స్‌తో సరిపోయే L మరియు C కలయిక మాత్రమే ఉంటుంది.

ఉదాహరణకు, 14MHz వద్ద 100 Ω లోడ్‌తో 50 Ω లోడ్‌ను సరిపోల్చడానికి, మాకు 114pF కెపాసిటర్‌తో 560nH ఇండక్టర్ అవసరం - ఈ ప్రతిఘటనలతో ఈ పౌన frequency పున్యంలో సరిపోలిక చేయగల ఏకైక కలయిక ఇది. వారి Q కారకం, అందువల్ల వడపోత ఎంత మంచిది

((R _A / R _B) -1) = Q.

ఇక్కడ R _A పెద్ద ఇంపెడెన్స్, RL చిన్న ఇంపెడెన్స్, మరియు Q అనేది తగిన లోడ్‌తో అనుసంధానించబడిన Q కారకం.

మా విషయంలో, లోడ్ చేయబడిన Q √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1 కు సమానంగా ఉంటుంది. మనకు ఎక్కువ లేదా తక్కువ వడపోత (వేరే Q) కావాలంటే, మనకు అవసరం PI ఫిల్టర్, ఇక్కడ Q పూర్తిగా సర్దుబాటు చేయగలదు మరియు మీరు వేర్వేరు L మరియు C కలయికలను కలిగి ఉండవచ్చు, అది మీకు ఇచ్చిన పౌన frequency పున్యంలో అవసరమైన సరిపోలికను ఇవ్వగలదు, ప్రతి ఒక్కటి వేరే Q.

టు L వడపోత భాగాలు విలువలు లెక్కించేందుకు, వనరు యొక్క అవుట్పుట్ నిరోధకత, లోడ్ యొక్క నిరోధకత, మరియు చర్య యొక్క పౌనఃపున్య: మేము మూడు విషయాలు అవసరం.

ఉదాహరణకు, మూలం యొక్క అవుట్పుట్ నిరోధకత 3000 Ω, లోడ్ నిరోధకత 50 Ω మరియు పౌన frequency పున్యం 14 MHz. మా మూల నిరోధకత లోడ్ నిరోధకత కంటే పెద్దది కాబట్టి, మేము “b” ఫిల్టర్‌ని ఉపయోగిస్తాము

మొదట, మేము L ఫిల్టర్ యొక్క రెండు భాగాల యొక్క ప్రతిచర్యను లెక్కించాల్సిన అవసరం ఉంది, అప్పుడు మేము ప్రతిచర్య మరియు ఉపయోగం యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఆధారంగా ఇండక్టెన్స్ మరియు కెపాసిటెన్స్‌ను లెక్కించవచ్చు:

X _L = √ (R _S * (R _L -R _S)) X _L = √ (50 Ω * (3000 Ω-50) X _L = √ (50 Ω * (3000 Ω-50) X _L = (50 Ω * 2950 Ω) X _L = √ (50 Ω * 2950 Ω) X _L = √147500 Ω ² X _L = 384.1

14MHz వద్ద 384.1 Ω ప్రతిచర్యను కలిగి ఉన్న ఇండక్టెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము రియాక్టెన్స్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాము

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

14MHz వద్ద 390.6 Ω ప్రతిచర్యను కలిగి ఉన్న ఇండక్టెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము రియాక్టెన్స్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాము

సి = 29.1 పిఎఫ్

మీరు చూడగలిగినట్లుగా, ఫిల్టర్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన 14MHz వద్ద ప్రతిధ్వనించే శిఖరంతో తక్కువ పాస్, Q తక్కువగా ఉంటే వడపోత అధిక Q కలిగి ఉండటం వలన ప్రతిధ్వని శిఖరం సంభవిస్తుంది, ఫిల్టర్ శిఖరం లేకుండా లోపాస్ అవుతుంది. మేము వేరే Q కావాలనుకుంటే, వడపోత మరింత బ్రాడ్‌బ్యాండ్‌గా ఉంటుంది, మేము PI ఫిల్టర్‌ను ఉపయోగించాల్సి ఉంటుంది ఎందుకంటే L ఫిల్టర్ యొక్క Q మూల నిరోధకత మరియు లోడ్ నిరోధకతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఒక ట్యూబ్ లేదా ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క అవుట్పుట్ ఇంపెడెన్స్‌తో సరిపోలడానికి మేము ఈ సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగిస్తే, అవి సమాంతరంగా ఉన్నందున అవుట్‌పుట్‌ను ఫిల్టర్ కెపాసిటర్ నుండి గ్రౌండ్ కెపాసిటెన్స్‌కు తీసివేయాలి. మేము 10 పిఎఫ్ యొక్క కలెక్టర్-ఎమిటర్ కెపాసిటెన్స్ (అకా అవుట్పుట్ కెపాసిటెన్స్) తో ట్రాన్సిస్టర్‌ను ఉపయోగిస్తే, సి యొక్క కెపాసిటెన్స్ 29.1 పిఎఫ్‌కు బదులుగా 19.1 పిఎఫ్‌గా ఉండాలి.

PI ఫిల్టర్లు

PI ఫిల్టర్ చాలా బహుముఖ మ్యాచింగ్ సర్క్యూట్, ఇది 3 రియాక్టివ్ ఎలిమెంట్లను కలిగి ఉంటుంది, సాధారణంగా రెండు కెపాసిటర్లు మరియు ఒక ఇండక్టర్. L ఫిల్టర్ మాదిరిగా కాకుండా, ఇచ్చిన పౌన frequency పున్యంలో L మరియు C యొక్క ఒక కలయిక మాత్రమే అవసరమైన ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను ఇచ్చింది, PI ఫిల్టర్ C1, C2 మరియు L యొక్క బహుళ కలయికలను కావలసిన ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది, ప్రతి కలయికకు వేరే Q ఉంటుంది.

PI ఫిల్టర్లు అనువర్తనాల్లో ఎక్కువగా ఉపయోగించబడతాయి, ఇక్కడ వివిధ శక్తి నిరోధకతలకు లేదా RF పవర్ యాంప్లిఫైయర్ల వంటి సంక్లిష్ట ఇంపెడెన్స్‌లకు ట్యూనింగ్ చేయాల్సిన అవసరం ఉంది, ఎందుకంటే అవుట్పుట్ ఇంపెడెన్స్ నిష్పత్తి (r _i) కు వాటి ఇన్పుట్ కెపాసిటర్ల స్క్వేర్డ్ నిష్పత్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, వేరే ఇంపెడెన్స్‌కు ట్యూన్ చేసేటప్పుడు కాయిల్ ఒకే విధంగా ఉంటుంది, కెపాసిటర్లు మాత్రమే ట్యూన్ చేయబడతాయి. RF పవర్ యాంప్లిఫైయర్లలో C1 మరియు C2 తరచుగా వేరియబుల్.

(C1 / C2) ² = r _i

మనకు మరింత బ్రాడ్‌బ్యాండ్ ఫిల్టర్ కావాలనుకున్నప్పుడు, మేము పదునైన వడపోత కావాలనుకున్నప్పుడు Q _{క్రిట్} పైన కొంచెం Q ని ఉపయోగిస్తాము, RF శక్తి యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ వద్ద మేము Q ను ఉపయోగిస్తాము, ఇది Q _{క్రిట్} కంటే చాలా పెద్దది, కానీ 10 కన్నా తక్కువ ఫిల్టర్ యొక్క Q ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. RF అవుట్పుట్ దశలలో PI ఫిల్టర్ల సాధారణ Q 7, కానీ ఈ విలువ మారవచ్చు.

Q _{క్రిట్} = √ (R _A / R _B -1)

ఎక్కడ: R _A రెండు (మూలం లేదా లోడ్) ప్రతిఘటనలలో ఎక్కువ మరియు R _B చిన్న నిరోధకత. సాధారణంగా, అధిక Q వద్ద PI వడపోతను పరిగణించవచ్చు, కాయిల్ L నుండి తయారైన సమాంతర ప్రతిధ్వని సర్క్యూట్‌గా ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను విస్మరించి, దీనికి సమానమైన కెపాసిటెన్స్‌తో కెపాసిటర్ సి:

సి = (సి 1 * సి 2) / (సి 1 + సి 2)

ఈ ప్రతిధ్వని సర్క్యూట్ ఫిల్టర్ ఉపయోగించబడే పౌన frequency పున్యంలో ప్రతిధ్వనించాలి.

PI ఫిల్టర్ భాగాల విలువలను లెక్కించడానికి మనకు నాలుగు విషయాలు అవసరం: మూలం యొక్క అవుట్పుట్ నిరోధకత, లోడ్ యొక్క నిరోధకత, ఆపరేషన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు Q.

ఉదాహరణకు, మేము 8Ω మూలాన్ని 7Ω Q తో 75Ω లోడ్‌తో సరిపోల్చాలి.

R _A రెండు (మూలం లేదా లోడ్) ప్రతిఘటనలలో ఎక్కువ మరియు R _B చిన్న నిరోధకత.

X _C1 = R _A / QX _C1 = 75 Ω / 7 X _C1 = 10.7

7 MHz వద్ద 10.7 Ω ప్రతిచర్యను కలిగి ఉన్న కెపాసిటెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము రియాక్టెన్స్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాము

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

7 MHz వద్ద 14.84 Ω ప్రతిచర్యను కలిగి ఉన్న ఇండక్టెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము రియాక్టెన్స్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాము

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 * √0.2 X _C2 = 8 Ω * 0.45 X _C2 = 3.59

7 MHz వద్ద 3.59 Ω ప్రతిచర్యను కలిగి ఉన్న కెపాసిటెన్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మేము రియాక్టెన్స్ కాలిక్యులేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాము

C2 = 6.3nF

L ఫిల్టర్ మాదిరిగానే, మా అవుట్పుట్ పరికరానికి ఏదైనా అవుట్పుట్ కెపాసిటెన్స్ ఉంటే (గొట్టాల కోసం ప్లేట్-కాథోడ్, BJT కోసం కలెక్టర్ నుండి ఉద్గారిణి, తరచుగా MOSFET లు, గొట్టాలు మరియు BJT లకు అవుట్పుట్ కెపాసిటెన్స్) మేము దానిని C1 నుండి తీసివేయాలి ఎందుకంటే ఆ కెపాసిటెన్స్ దానికి సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడింది. మేము 180 pF అవుట్పుట్ కెపాసిటెన్స్‌తో IRF510 ట్రాన్సిస్టర్‌ను ఉపయోగిస్తే, పవర్ అవుట్‌పుట్ పరికరం C1 6.3 nF-0.18 nF గా ఉండాలి, కాబట్టి 6.17 nF. అధిక ఉత్పాదక శక్తిని పొందడానికి మేము సమాంతరంగా బహుళ ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఉపయోగించినట్లయితే, కెపాసిటెన్స్‌లు మొత్తం.

3 IRF510 కొరకు ఇది 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF అవుతుంది, కాబట్టి 6.3 nF కి బదులుగా 5.76 nF ఉంటుంది.

ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్ కోసం ఉపయోగించే ఇతర LC సర్క్యూట్లు

టి ఫిల్టర్లు, ట్రాన్సిస్టర్ పవర్ యాంప్లిఫైయర్ల కోసం ప్రత్యేక మ్యాచింగ్ సర్క్యూట్లు లేదా పిఐ-ఎల్ ఫిల్టర్లు (అదనపు ఇండక్టర్‌తో పిఐ ఫిల్టర్) వంటి ఇంపెడెన్స్‌లను సరిపోల్చడానికి ఉపయోగించే అనేక వేర్వేరు ఎల్‌సి సర్క్యూట్లు ఉన్నాయి.