प्रतिबाधा मिलान फिल्टर सर्किट डिजाइन - lc, l और pi फ़िल्टर

पिछले लेख में, हमने प्रतिबाधा मिलान की मूल बातें और प्रतिबाधा मिलान ट्रांसफार्मर का उपयोग कैसे करें, इस पर चर्चा की। एक प्रतिबाधा मिलान ट्रांसफार्मर का उपयोग करने के अलावा, डिजाइनर एक आरएफ एम्पलीफायर के आउटपुट में इम्पीडेंस फ़िल्टर सर्किट का भी उपयोग कर सकते हैं जो फ़िल्टरिंग सर्किट के रूप में और प्रतिबाधा मिलान सर्किट के रूप में भी दोगुना हो सकता है। कई प्रकार के फिल्टर सर्किट हैं जिनका उपयोग प्रतिबाधा मिलान के लिए किया जा सकता है, इस लेख में सबसे आम चर्चा की गई है।

नियंत्रण रेखा फ़िल्टर मिलान

विभिन्न एलसी फिल्टर का उपयोग प्रतिबाधाओं से मेल खाने और फ़िल्टरिंग प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। पावर आरएफ एम्पलीफायरों के आउटपुट पर फ़िल्टर करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि वे बहुत सारे अवांछित हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं जिन्हें ऐन्टेना द्वारा प्रेषित करने से पहले उन्हें फ़िल्टर करना पड़ता है क्योंकि वे स्टेशन को प्रेषित करने के लिए स्वीकृत होने के अलावा अन्य आवृत्तियों पर हस्तक्षेप और संचारित कर सकते हैं। अवैध हो सकता है। हम लो-पास एलसी फिल्टर को कवर करेंगेक्योंकि रेडियो पावर एम्पलीफायरों में केवल हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं, और हार्मोनिक सिग्नल हमेशा बेस सिग्नल के पूरे कई होते हैं, इसलिए उनके पास बेस सिग्नल की तुलना में हमेशा उच्च आवृत्तियों होते हैं - यही कारण है कि हम कम-पास फिल्टर का उपयोग करते हैं, वे प्राप्त करते समय वांछित संकेत देना चाहते हैं हार्मोनिक्स से छुटकारा। एलसी फिल्टर को डिजाइन करते समय, हम प्रतिबाधा के बजाय स्रोत प्रतिरोध और लोड प्रतिरोध के बारे में बात करेंगे, क्योंकि यदि लोड या स्रोत में कुछ श्रृंखला या समानांतर अधिष्ठापन या समाई है, और इसलिए गैर-प्रतिरोधक प्रतिबाधा की गणना बहुत अधिक जटिल है। इस मामले में, पीआई फ़िल्टर या एल फ़िल्टर कैलकुलेटर का उपयोग करना सबसे अच्छा है। ज्यादातर मामलों में, जैसे कि एकीकृत सर्किट, ठीक से बनाया और ट्यून किए गए एंटेना, टीवी और रेडियो रिसीवर, ट्रांसमीटर, आदि आउटपुट / इनपुट प्रतिबाधा = प्रतिरोध।

"क्यू" कारक

हर एलसी फिल्टर में एक पैरामीटर होता है जिसे क्यू (गुणवत्ता) कारक के रूप में जाना जाता है, कम पास और उच्च पास फिल्टर में यह आवृत्ति प्रतिक्रिया की स्थिरता निर्धारित करता है। एक कम क्यू फिल्टर बहुत ब्रॉडबैंड होगा और एक उच्च क्यू फिल्टर के रूप में अच्छे के रूप में अवांछित आवृत्तियों को फ़िल्टर नहीं करेगा। एक उच्च क्यू फिल्टर अवांछित आवृत्तियों को फ़िल्टर करेगा, लेकिन इसमें एक गुंजयमान शिखर होगा, इसलिए यह एक बैंड फ़िल्टर के रूप में भी कार्य करेगा। एक उच्च क्यू कारक कभी-कभी दक्षता कम कर देता है।

एल फिल्टर

एल फिल्टर एलसी फिल्टर का सबसे सरल रूप हैं। वे एक संधारित्र और एक प्रारंभकर्ता से मिलकर होते हैं, जो आरसी फिल्टर में पाए जाने वाले समान के साथ जुड़ा होता है, जिसमें प्रारंभ करनेवाला प्रतिरोध को प्रतिस्थापित करता है। वे प्रतिबाधा से मेल खाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जो स्रोत प्रतिबाधा से अधिक या कम है। प्रत्येक एल फिल्टर में, एल और सी का केवल एक संयोजन होता है जो किसी दिए गए इनपुट प्रतिबाधा को दिए गए आउटपुट प्रतिबाधा से मेल कर सकता है।

उदाहरण के लिए, 14MHz पर 100 example लोड के लिए 50 a लोड से मिलान करने के लिए, हमें 114pF कैपेसिटर के साथ 560nH प्रारंभकर्ता की आवश्यकता है - यह एकमात्र संयोजन है जो इन प्रतिरोधों के साथ इस आवृत्ति पर मिलान कर सकता है। उनका क्यू कारक, और इसलिए फ़िल्टर कितना अच्छा है

_A ((आर _ए / आर _बी) -1) = क्यू

जहां आर _ए बड़ा प्रतिबाधा है, आरएल छोटा प्रतिबाधा है, और क्यू उचित लोड से जुड़ा क्यू कारक है।

हमारे मामले में, लोड किया गया क्यू (((100/50) -1) = √ (2-1) = If1 = 1 के बराबर होगा। यदि हम अधिक या कम फ़िल्टरिंग (अलग-अलग क्यू) चाहते थे, तो हमें आवश्यकता होगी पीआई फ़िल्टर, जहां क्यू पूरी तरह से समायोज्य है और आपके पास अलग-अलग एल और सी संयोजन हो सकते हैं जो आपको दिए गए आवृत्ति पर आवश्यक मिलान दे सकते हैं, प्रत्येक एक अलग क्यू के साथ।

एल फिल्टर घटकों के मूल्यों की गणना करने के लिए , हमें तीन चीजों की आवश्यकता होती है: स्रोत का आउटपुट प्रतिरोध, भार का प्रतिरोध, और ऑपरेशन की आवृत्ति।

उदाहरण के लिए, स्रोत का आउटपुट प्रतिरोध 3000 resistance होगा, लोड प्रतिरोध 50 resistance होगा, और आवृत्ति 14 मेगाहर्ट्ज है। चूंकि हमारा स्रोत प्रतिरोध लोड प्रतिरोध से बड़ा है, इसलिए हम "बी" फिल्टर का उपयोग करेंगे

सबसे पहले, हमें L फ़िल्टर के दो घटकों की प्रतिक्रिया की गणना करने की आवश्यकता है, फिर हम प्रतिक्रिया और धारिता की गणना और उपयोग की आवृत्ति के आधार पर गणना कर सकते हैं:

एक्स _एल = √ (आर _एस * (आर _एल आर _एस)) एक्स _एल = √ (50 Ω * (3000 Ω-50 Ω) एक्स _एल = √ (50 Ω * (3000 Ω-50 Ω) एक्स _एल = √ (50 √ * 2950 Ω) X _L = 50 (50 50 * 2950 29) X _L = Ω147500 X ² X _L = 384.1 29

हम 14MHz पर 384.1 at प्रतिक्रिया वाले इंडक्शन को निर्धारित करने के लिए एक प्रतिक्रिया कैलकुलेटर का उपयोग करते हैं

L = 4.37 μH X _C = (R _S * R _L) / X _L X _C = (50 3000 * 3000 4) / 384.1 _C X _C = 150000 Ω ² /384.1 _C X _C = 390.6 Ω

हम 14MHz पर 390.6 at रिएक्शन वाले इंडक्शन को निर्धारित करने के लिए एक प्रतिक्रिया कैलकुलेटर का उपयोग करते हैं

सी = 29.1 पीएफ

जैसा कि आप देख सकते हैं, फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया 14MHz पर एक गुंजयमान शिखर के साथ एक कम पास है, गुंजयमान शिखर एक उच्च क्यू होने वाले फ़िल्टर के कारण होता है यदि क्यू कम था, तो फ़िल्टर बिना चोटी के नीच होगा। यदि हम एक अलग क्यू चाहते थे, तो फिल्टर अधिक ब्रॉडबैंड होगा, हमें पीआई फिल्टर का उपयोग करने की आवश्यकता होगी क्योंकि एल फिल्टर का क्यू स्रोत प्रतिरोध और लोड प्रतिरोध पर निर्भर करता है। यदि हम एक ट्यूब या एक ट्रांजिस्टर के आउटपुट प्रतिबाधा से मेल खाने के लिए इस सर्किट का उपयोग करते हैं, तो हमें आउटपुट को फ़िल्टर कैपेसिटर से ग्राउंड कैपेसिटेंस में घटाना होगा क्योंकि वे समानांतर में हैं। यदि हम 10pF के एक कलेक्टर-एमिटर कैपेसिटेंस (उर्फ आउटपुट कैपेसिटेंस) के साथ एक ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं, तो C का कैपेसिटेंस 29.1 pF के बजाय 19.1 pF होना चाहिए।

PI फ़िल्टर

पीआई फ़िल्टर एक बहुत ही बहुमुखी मिलान सर्किट है, इसमें 3 प्रतिक्रियाशील तत्व होते हैं, आमतौर पर दो कैपेसिटर और एक प्रारंभ करनेवाला। L फ़िल्टर के विपरीत, जहाँ L और C के केवल एक संयोजन ने दिए गए आवृत्ति पर आवश्यक प्रतिबाधा मिलान दिया, PI फ़िल्टर C1, C2, और L के कई संयोजनों को वांछित प्रतिबाधा मिलान प्राप्त करने की अनुमति देता है, प्रत्येक संयोजन का एक अलग Q होता है।

पीआई फिल्टर का उपयोग अक्सर अनुप्रयोगों में किया जाता है, जहां अलग-अलग लोड प्रतिरोधों या यहां तक ​​कि जटिल प्रतिबाधाओं के लिए ट्यूनिंग की आवश्यकता होती है, जैसे कि आरएफ पावर एम्पलीफायरों क्योंकि आउटपुट प्रतिबाधा अनुपात (आर _i) के लिए उनका इनपुट कैपेसिटर वर्ग के अनुपात से निर्धारित होता है, इसलिए जब एक अलग प्रतिबाधा को देखते हुए कुंडल समान रह सकते हैं, जबकि केवल कैपेसिटर को ट्यून किया जाता है। आरएफ पावर एम्पलीफायरों में C1 और C2 अक्सर परिवर्तनशील होते हैं।

(C1 / C2) 2 = r _i

जब हम अधिक ब्रॉडबैंड फ़िल्टर चाहते हैं, तो हम क्यू _{क्रिट} से थोड़ा ऊपर क्यू का उपयोग करते हैं जब हम एक तेज फिल्टर चाहते हैं, जैसे कि आरएफ पावर एम्पलीफायर के आउटपुट में हम क्यू का उपयोग करते हैं जो क्यू _{क्रिट की} तुलना में बहुत बड़ा है, लेकिन 10 से नीचे, के रूप में फ़िल्टर की क्यू अधिक है दक्षता कम है। आरएफ आउटपुट चरणों में पीआई फिल्टर का विशिष्ट क्यू 7 है, लेकिन यह मान भिन्न हो सकता है।

क्यू _{क्रिट} = cr (आर _ए / आर _बी -1)

कहां: आर _ए दो (स्रोत या लोड) प्रतिरोधों में से उच्च है और आर _बी छोटा प्रतिरोध है। सामान्य तौर पर, उच्च Q पर PI फ़िल्टर पर विचार किया जा सकता है, एक कुंडल L से बना समानांतर अनुनाद सर्किट और एक समाई के साथ संधारित्र C के रूप में मिलान प्रतिबाधा की अनदेखी:

C = (C1 * C2) / (C1 + C2)

इस गुंजयमान सर्किट को उस आवृत्ति पर प्रतिध्वनित किया जाना चाहिए, जिसका उपयोग फ़िल्टर द्वारा किया जाएगा।

पीआई फिल्टर घटकों के मूल्यों की गणना करने के लिए हमें चार चीजों की आवश्यकता होती है: स्रोत का आउटपुट प्रतिरोध, भार का प्रतिरोध, संचालन की आवृत्ति, और क्यू।

उदाहरण के लिए, हमें 7 के क्यू के साथ 75 with लोड करने के लिए 8Ω स्रोत से मेल खाना चाहिए।

आर _ए दो (स्रोत या लोड) प्रतिरोधों से अधिक है और आर _बी छोटे प्रतिरोध है।

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

हम एक कैपेसिटेंस निर्धारित करने के लिए एक प्रतिक्रिया कैलकुलेटर का उपयोग करते हैं जिसमें 7 मेगाहर्ट्ज पर 10.7 at प्रतिक्रिया है

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 * 8 3.5 / 3.59 12)) / 7 ² +1 X _L = (575 7 + (600 ^{3 2} /3.59 Ω)) / 50 X _L = (575 = + (167 Ω)) / 50 X _L = 742 X / 50 X _L = 14.84 X

हम 7 मेगाहर्ट्ज पर 14.84 at प्रतिक्रिया वाले इंडक्शन को निर्धारित करने के लिए एक प्रतिक्रिया कैलकुलेटर का उपयोग करते हैं

L = 340 nH X _C2 = R _B * (((R _A / R _B) / (Q ² + 1- (R _A / R _B)) X _C2 = 8 √ * √ ((75 Ω / 8 X)) / (Q ² + 1- (75 Ω / 8)))) X _C2 = 8 √ * √ (9.38 / (49 + 1-3.38)) X _C2 = 8 √ * √ (9.38 / 46.62) X _C2 = 8 Ω * Ω0.2 X _C2 = 8 √ * 0.45 X _C2 = 3.59 √

हम एक कैपेसिटेंस का निर्धारण करने के लिए एक प्रतिक्रिया कैलकुलेटर का उपयोग करते हैं जिसमें 7 मेगाहर्ट्ज पर 3.59 at प्रतिक्रिया है

C2 = 6.3nF

जैसे एल फिल्टर के साथ, अगर हमारे आउटपुट डिवाइस में कोई आउटपुट कैपेसिटेंस (ट्यूब्स के लिए प्लेट-कैथोड, BJT के लिए एमिटर है, तो अक्सर MOSFETs, ट्यूब्स और BJTs के लिए आउटपुट आउटपुट कैपेसिटेंस) हमें इसे C1 से घटाना होगा क्योंकि वह कैपेसिटेंस है इसके समानांतर जुड़ा हुआ है। यदि हम एक IRF510 ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं, तो 180 pF आउटपुट कैपेसिटी के साथ, पावर आउटपुट डिवाइस C1 के रूप में 6.3 nF-0.18 nF, इसलिए 6.17 nF होना चाहिए। यदि हम समानांतर में कई ट्रांजिस्टर का इस्तेमाल करते हैं तो एक उच्च आउटपुट पावर प्राप्त करने के लिए कैपेसिटेंस राशि होगी।

3 IRF510 के लिए यह 6.3 nF-0.18 nF * 3 = 6.3 nF-0.54 nF होगा, इसलिए 6.3 nF के बजाय 5.76 nF होगा।

अन्य एलसी सर्किट प्रतिबाधा मिलान के लिए उपयोग किया जाता है

कई अलग-अलग एलसी सर्किट का उपयोग प्रतिबाधाओं से मेल खाने के लिए किया जाता है, जैसे कि टी फिल्टर, ट्रांजिस्टर पावर एम्पलीफायरों के लिए विशेष मिलान सर्किट या पीआई-एल फिल्टर (एक अतिरिक्त प्रारंभक के साथ पीआई फ़िल्टर)।