- Correspondance du filtre LC
- Filtres en L
- Filtres PI
- Autres circuits LC utilisés pour l'adaptation d'impédance
Dans l'article précédent, nous avons discuté des bases de l'adaptation d'impédance et de la façon d'utiliser un transformateur d'adaptation d'impédance. Outre l'utilisation d'un transformateur d'adaptation d'impédance, les concepteurs peuvent également utiliser des circuits de filtre d'impédance à la sortie d'un amplificateur RF qui peuvent doubler en tant que circuit de filtrage et également en tant que circuit d'adaptation d'impédance. Il existe de nombreux types de circuits de filtre qui peuvent être utilisés pour l'adaptation d'impédance, les plus courants sont traités dans cet article.
Correspondance du filtre LC
Différents filtres LC peuvent être utilisés pour faire correspondre les impédances et fournir un filtrage. Le filtrage est particulièrement important sur la sortie des amplificateurs RF de puissance car ils génèrent de nombreuses harmoniques indésirables qui doivent être filtrées avant d'être transmises par l'antenne car elles peuvent provoquer des interférences et émettre sur des fréquences autres que celles que la station est autorisée à transmettre. on peut être illégal. Nous couvrirons les filtres LC passe-bascar les amplificateurs de puissance radio ne génèrent que des harmoniques, et les signaux harmoniques sont toujours le multiple entier des signaux de base, ils ont donc toujours des fréquences plus élevées que le signal de base - c'est pourquoi nous utilisons des filtres passe-bas, ils laissent passer le signal voulu tout en obtenant débarrassé des harmoniques. Lors de la conception des filtres LC, nous parlerons de la résistance de la source et de la résistance de charge au lieu de l'impédance, car si la charge ou la source a une inductance ou une capacité série ou parallèle, et donc une impédance non résistive, les calculs deviennent beaucoup plus complexes. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser un filtre PI ou un calculateur de filtre L. Dans la plupart des cas, comme les circuits intégrés, les antennes correctement fabriquées et réglées, les récepteurs TV et radio, les émetteurs, etc. impédance de sortie / d'entrée = résistance.
Facteur «Q»
Chaque filtre LC a un paramètre connu sous le nom de facteur Q (qualité), dans les filtres passe-bas et passe-haut, il détermine la pente de la réponse en fréquence. Un filtre à faible Q sera très large bande et ne filtrera pas les fréquences indésirables aussi bien qu'un filtre à Q élevé. Un filtre Q élevé filtrera les fréquences indésirables, mais il aura un pic de résonance, il agira donc également comme un filtre passe-bande. Un facteur Q élevé réduit parfois l'efficacité.
Filtres en L
Les filtres L sont la forme la plus simple de filtres LC. Ils se composent d'un condensateur et d'une inductance, connectés d'une manière similaire à celle des filtres RC, l'inductance remplaçant la résistance. Ils peuvent être utilisés pour correspondre à une impédance supérieure ou inférieure à l'impédance de la source. Dans chaque filtre L, il n'y a qu'une seule combinaison de L et C qui peut faire correspondre une impédance d'entrée donnée à une impédance de sortie donnée.
Par exemple, pour faire correspondre une charge de 50 Ω à une charge de 100 Ω à 14 MHz, nous avons besoin d'un inducteur de 560 nH avec un condensateur de 114 pF - c'est la seule combinaison qui peut faire correspondre à cette fréquence avec ces résistances. Leur facteur Q, et donc la qualité du filtre égal à
√ ((R A / R B) -1) = Q
Où R A est la plus grande impédance, RL est la plus petite impédance et Q est le facteur Q avec la charge appropriée connectée.
Dans notre cas, le Q chargé sera égal à √ ((100/50) -1) = √ (2-1) = √1 = 1. Si nous voulions plus ou moins de filtrage (Q différent), nous aurions besoin du Filtre PI, où Q est entièrement réglable et vous pouvez avoir différentes combinaisons L et C qui peuvent vous donner l'adaptation requise à une fréquence donnée, chacune avec un Q.
Pour calculer les valeurs des composants du filtre L, nous avons besoin de trois choses: la résistance de sortie de la source, la résistance de la charge et la fréquence de fonctionnement.
Par exemple, la résistance de sortie de la source sera de 3000 Ω, la résistance de charge de 50 Ω et la fréquence de 14 MHz. Puisque la résistance de notre source est supérieure à la résistance de charge, nous utiliserons le filtre «b»
Tout d'abord, nous devons calculer la réactance des deux composants d'un filtre L, puis nous pouvons calculer l'inductance et la capacité en fonction de la réactance et de la fréquence d'utilisation:
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
Nous utilisons un calculateur de réactance pour déterminer une inductance qui a une réactance de 384,1 Ω à 14 MHz
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
Nous utilisons un calculateur de réactance pour déterminer une inductance qui a une réactance de 390,6 Ω à 14 MHz
C = 29,1 pF
Comme vous pouvez le voir, la réponse en fréquence du filtre est un passe-bas avec un pic résonant à 14 MHz, le pic résonnant est causé par le filtre ayant un Q élevé si le Q était plus bas, le filtre serait passe-bas sans pic. Si nous voulions un Q différent, donc le filtre serait plus large bande, nous aurions besoin d'utiliser un filtre PI car le Q du filtre L dépend de la résistance de la source et de la résistance de charge. Si nous utilisons ce circuit pour faire correspondre l'impédance de sortie d'un tube ou d'un transistor, nous aurions besoin de soustraire la capacité de sortie à la masse du condensateur du filtre car ils sont en parallèle. Si nous utilisons un transistor avec une capacité collecteur-émetteur (aka capacité de sortie) de 10pF, la capacité de C devrait être de 19,1 pF au lieu de 29,1 pF.
Filtres PI
Le filtre PI est un circuit d'adaptation très polyvalent, il se compose de 3 éléments réactifs, généralement deux condensateurs et un inducteur. Contrairement au filtre L, où une seule combinaison de L et C a donné l'adaptation d'impédance requise à une fréquence donnée, le filtre PI permet de multiples combinaisons de C1, C2 et L pour obtenir l'adaptation d'impédance souhaitée, chaque combinaison ayant un Q.
Les filtres PI sont plus souvent utilisés dans les applications, où il est nécessaire de s'accorder à différentes résistances de charge ou même à des impédances complexes, telles que les amplificateurs de puissance RF, car leur rapport d'impédance entrée / sortie (r i) est déterminé par le rapport des condensateurs au carré, donc lors de l'accord sur une impédance différente, la bobine peut rester la même, tandis que seuls les condensateurs sont accordés. C1 et C2 dans les amplificateurs de puissance RF sont souvent variables.
(C1 / C2) ² = r i
Lorsque nous voulons un filtre plus large bande, nous utilisons Q un peu au-dessus de Q crit lorsque nous voulons un filtre plus net, comme à la sortie d'un amplificateur de puissance RF, nous utilisons Q qui est beaucoup plus grand que Q crit, mais inférieur à 10, comme le plus le Q du filtre est élevé, plus l'efficacité est faible. Le Q typique des filtres PI dans les étages de sortie RF est de 7, mais cette valeur peut varier.
Q crit = √ (R A / R B -1)
Où: R A est la plus élevée des deux résistances (source ou charge) et R B est la plus petite résistance. En général, le filtre PI à Q supérieur peut être considéré, en ignorant l'adaptation d'impédance comme un circuit résonnant parallèle composé d'une bobine L et d'un condensateur C avec une capacité égale à:
C = (C1 * C2) / (C1 + C2)
Ce circuit résonnant doit résonner à la fréquence à laquelle le filtre sera utilisé.
Pour calculer les valeurs des composants d'un filtre PI, nous avons besoin de quatre éléments: la résistance de sortie de la source, la résistance de la charge, la fréquence de fonctionnement et Q.
Par exemple, nous devons faire correspondre une source 8Ω à une charge 75Ω avec un Q de 7.
R A est la plus élevée des deux résistances (source ou charge) et R B est la plus petite résistance.
X C1 = R A / QX C1 = 75 Ω / 7 X C1 = 10,7 Ω
Nous utilisons un calculateur de réactance pour déterminer une capacité qui a une réactance de 10,7 Ω à 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
Nous utilisons un calculateur de réactance pour déterminer une inductance qui a une réactance de 14,84 Ω à 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
Nous utilisons un calculateur de réactance pour déterminer une capacité qui a une réactance de 3,59 Ω à 7 MHz
C2 = 6,3 nF
Comme avec le filtre L, si notre périphérique de sortie a une capacité de sortie (plaque-cathode pour les tubes, collecteur à émetteur pour BJT, souvent juste une capacité de sortie pour les MOSFET, les tubes et les BJT), nous devons la soustraire de C1 car cette capacité est connecté en parallèle avec lui. Si nous utilisions un transistor IRF510, avec une capacité de sortie de 180 pF, comme dispositif de sortie de puissance C1 devrait être de 6,3 nF-0,18 nF, donc 6,17 nF. Si nous utilisions plusieurs transistors en parallèle pour obtenir une puissance de sortie plus élevée, les capacités additionneraient.
Pour 3 IRF510, ce serait 6,3 nF-0,18 nF * 3 = 6,3 nF-0,54 nF, donc 5,76 nF au lieu de 6,3 nF.
Autres circuits LC utilisés pour l'adaptation d'impédance
Il existe de nombreux circuits LC différents utilisés pour faire correspondre les impédances, tels que les filtres T, les circuits d'adaptation spéciaux pour les amplificateurs de puissance à transistors ou les filtres PI-L (filtre PI avec inductance supplémentaire).
