Đang tải... (xem toàn văn)
antenna projects ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Điện tử tương tự 2 Đề tài TÍNH TOÁN MỘT SỐ MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG Sinh viên thực hiện Vũ Đức Anh 20198114 M[.]
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN: Điện tử tương tự Đề tài: TÍNH TỐN MỘT SỐ MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG Sinh viên thực hiện: Vũ Đức Anh 20198114 Lớp sinh viên ET-LUH01K64 Mã lớp: 131206 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nam Phong Hà nội, ngày 26 tháng năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực điện tử ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống hàng ngày Phối hợp trở kháng cách tăng công suất giảm suy hao, giải pháp tối ưu để lượng từ nguồn truyền tới tải lớn Phối hợp trở kháng đem tới nhiều lợi ích với cách mắc khác cho thuận tiện, dễ điều chỉnh phù hợp Đề tài tìm hiểu “Tính tốn số mạch phối hợp trở kháng” giúp thân hiểu cách hoạt động tầm quan trọng việc phối hợp trở kháng điều kiện để hoàn thành Bài tập lớn môn “Điện tử tương tự II” Đề tài hoàn thành hướng dẫn thầy Nguyễn Nam Phong, chúng em xin chân thành cảm ơn hỗ trợ thầy Tuy nhiên, lượng kiến thức thời gian hoàn thành đề tài cịn hạn hẹp, khơng thể tránh khỏi sai sót Nhóm chúng em mong nhận đóng góp, phê bình, chia sẻ thầy để sản phẩm nhóm hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Xác định yêu cầu 1.2 Khái niệm phối hợp trở kháng 1.3 Hệ số phẩm chất Q 1.4 Tiêu chuẩn Bode-Fano 1.5 Các dạng phối hợp trở kháng PHẦN TÍNH TỐN VÀ SO SÁNH 2.1 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ L 2.1.1 Re{ Zin} RL, lowpass 2.1.4 Re{Zin} >Rl, high pass 2.2 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T 2.3 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ Pi 2.4 So sánh ưu nhược điểm PHẦN KẾT LUẬN 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- Sơ đồ tương đương thể quan hệ nguồn tải Hình 1- Các dạng mạch phối hợp trở kháng Hình 2- L sections Trường hợp Hình 2- L sections Trường hợp Hình 2- L sections Trường hợp Hình 2- L sections trường hợp PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Xác định yêu cầu u cầu tìm hiểu tính tốn số mạch phối hợp trở kháng sau: -Thực tính toán trường hợp mạch phối hợp trở kháng hình chữ L -Tìm hiểu tính tốn dạng mạch phối hợp trở kháng hình Pi hình T -So sánh loại mạch Pi, T, L nêu ưu nhược điểm khác biệt đáp ứng tần số, pha, biên độ 1.2 Khái niệm phối hợp trở kháng Mạch phối hợp trở kháng mạch thiết kế để lượng nguồn truyền tới tải lớn lượng phản xạ nguồn thấp Mạch phối hợp trở kháng phụ thuộc vào yêu cầu mạch độ rộng băng thông, độ ổn định mạch… Phương pháp để phối hợp trở kháng sử dụng phần tử tập trung LC, đường truyền vi dải Hình 1.1 sơ đồ tương đương tổng quát mô tả truyền tải công suất từ nguồn đến tải Thiết kế mạch khảo sát mối quan hệ trở kháng nguồn trở kháng tải tới cơng suất tiêu thụ tải Hình 1- Sơ đồ tương đương thể quan hệ nguồn tải Trong Zs trở kháng nguồn, ZL trở kháng tải Để công suất truyền tới tải lớn phải thiết kế mạch phối hợp trở kháng cho ZL = Zin trở kháng đặc tính đường truyền ZS 1.3 Hệ số phẩm chất Q Q hệ số chất lượng mạch cộng hưởng, xác định tỉ số lượng lưu trữ cho lượng tiêu tán Q = 2π maximum energy stored ES = 2π total energy lost per cycle at resonance ED (1.1) Với dạng mạch có cơng thức Q khác dựa phương pháp tính tốn, từ đánh giá độ rộng băng thông mạch 1.4 Tiêu chuẩn Bode-Fano Các yếu tố việc thiết kế mạch phối hợp trở kháng có băng thơng rộng: - Thiết kế mạch với độ rộng băng thông lớn hệ số phản xạ nhỏ - Tối ưu chi tiết cấu thành Để đánh giá yếu tố sử dụng tiêu chuẩn Bode-Fano |Γ|max = exp (−π Q0 ) 𝑄𝐿 (1.2) Trong đó: Q0 = ω0/Δω, ω0 = √ω1 ω2 tần số trung tâm, Γ hệ số phản xạ nguồn Vậy trước thiết kế mạch phối hợp trở kháng băng thơng rộng, đánh giá mức độ phối hợp trở kháng theo tiêu chuẩn Bode-Fano Qua thấy độ rộng băng thơng thiết kế khơng phụ thuộc vào trở kháng nguồn mà phụ thuộc vào trở kháng tải 1.5 Các dạng phối hợp trở kháng Có nhiều kiểu cho mạch phối hợp trở kháng để truyền hiệu tín hiệu từ nguồn tới tải, ứng dụng phối hợp trở kháng cho mạch khuếch đại phụ thuộc vào chế độ hoạt động, mức tín hiệu đầu ra, tần số hoạt động, độ rộng băng thông Mạch phối hợp trở kháng hỗn hợp có cấu trúc: (a) L-transformer, (b) π-transformer, (c) T-transformer hình 1.2 Hình 1- Các dạng mạch phối hợp trở kháng PHẦN TÍNH TỐN VÀ SO SÁNH 2.1 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ L Điều kiện thiết kế phương trình: Rp = ( Q2 + 1) Rs Q = Qs = Qp 𝑄= √ 𝑅𝑝 𝑅𝑠 𝑋𝑝 − = (( ) − 1) 𝑋𝑠 Qs = Xs/Rs Qp = Rp/Xp 2.1.1 Re{ Zin} RL, lowpass Hình 2- L sections Trường hợp 𝑍𝑖𝑛(𝑗𝑤) = 𝑅𝐿+𝑗𝐿1𝑤 1−𝑤 𝐿1.𝐶1+𝑗𝑤.𝑅𝑙 Do đó, 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} = 𝐿1 = C1= 𝑄𝑅𝑙 𝑤 𝐼𝑜𝑢𝑡 𝐼𝑖𝑛 ; ( 𝑄2 𝑤 𝐿1 1+𝑄2 𝑄= √ 𝑅𝑙(1+𝐶1) (1−𝑤 𝐿1.𝐶1)2 +(𝑤𝑅𝑙 )2 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝐿 ) −1 𝑅𝐿 = √ 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} ; 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 = √ 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} 𝑅𝐿 2.1.4 Re{Zin} >Rl, high pass Hình 2- L sections trường hợp −𝑅𝑙𝑤 𝐿1𝐶1+𝑗𝐿1𝑤 𝑍𝑖𝑛(𝑗𝑤) = 1−𝑤 𝐿1.𝐶1+𝑗𝑤.𝑅𝑙 𝑅𝑙𝑤 𝐿1(−𝐶1+𝑤 𝐿1𝐶12 ) Do đó, 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} = 𝐿1= 𝑤 𝐶1 C1= 𝐼𝑖𝑛 𝑄2 ); 𝑤.𝑅𝐿.𝑄 𝑄= √ 𝐼𝑜𝑢𝑡 (1 + (1−𝑤 𝐿1.𝐶1)2 +(𝑤𝑅𝑙 )2 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑙 −1 𝑅𝐿 = √ 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} ; 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 = √ 𝑅𝑒{𝑍𝑖𝑛} 𝑅𝐿 2.2 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ Pi Mạch phối hợp trở kháng hình chữ Pi dùng để phối hợp trở kháng điểm nguồn tải Mạch có tụ điện cuộn cảm tạo thành hình Pi hình đây: Hình 2- Mạch Pi matching tổng quát Để đơn giản việc phân tích mạch ta chia mạch Pi thành mạch chữ L đơn giản hơn: Hình 2- Mạch phối hợp với Ri, Ri < R1, R2 ( virtual resistance) 𝑄1 = 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑙 ; 𝑄2 = 𝑋1 𝑋2 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑙 ; 𝑅𝑖 = (1 + 𝑄12 ) + 𝑄22 𝑅𝑖𝑛 Từ đó, suy 𝑄1 = √ 𝑅𝑖 − 1; 𝑅𝑙 𝑄2 = √ − Q = Q1 +Q2 𝑅𝑖 -TH1:Chặn dịng DC qua, lowpass Zin Hình 2- lowpass Pi matching 𝑍𝑖𝑛 = {[(𝑅𝐿 )// 𝑗𝑤.𝐶2 )] + 𝑗𝑤 𝐿}// 𝑗.𝑤.𝐶2 -TH2: Chặn dịng DC qua, highpass Zin Hình 2- Highpass Pi matching 2.3 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dùng để phối hợp trở kháng điểm nguồn tải Mạch có tụ điện cuộn cảm tạo thành hình T hình đây: Hình 2- Mạch T matching tổng quát Mạch phối hợp trở kháng T đơn giản hóa cách tách thành mạch chữ L Hình 2- 10 Mạch T tách thành mạch L 𝑄1 = 𝑋1 𝑋2 ; 𝑄2 = 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑙 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖𝑛 (1 + 𝑄22 ) ; 𝑅𝑖 = 𝑅𝑙(1 + 𝑄22 ) 𝑅𝑖 Từ đó, suy 𝑄1 = √ 𝑅𝑖𝑛 − 1; 𝑅𝑖 𝑄2 = √ − Q = Q1 +Q2 𝑅𝑙 -TH1: Cho dòng DC qua 𝑍𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = {[(𝑅𝐿 ) + 𝑗𝑤 𝐿2}// ] + jw L1 𝑗 𝑤 𝐶 -TH2: Chặn dòng DC qua 𝑍𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = {[𝑅𝑙 + + 1 }//𝑗𝑤𝐿] + 𝑗𝑤 𝐶2 𝑗 𝑤 𝐶1 2.4 So sánh ưu nhược điểm Nhận thấy ưu điểm mạng đối sánh T Π sử dụng để kết hợp nguồn trở kháng cao với tải trở kháng thấp Mạch chuyển đổi sang kiểu mạng L cách đặt tụ điện giá trị không Do gọi mạch điều chỉnh linh hoạt Mạng T- Π phản ứng đối xứng sử dụng việc thiết kế lọc thụ động Phần thảo luận trở kháng đặc trưng số truyền mạng T Π để thiết lập tảng cho thảo luận lọc thụ động Mạch L-Match đơn giản trang nhã có phần bị ràng buộc Đặc biệt, tự chọn Q số đoạn mạch kể từ cố định hệ số phù hợp yêu cầu m Hạn chế giải dễ dàng với mạch Π-T, Bộ lọc Pi thể trở kháng thấp tần số cao hai đầu ngắt điện dung Ngược lại, lọc T có trở kháng cao tần số cao ghép cảm ứng PHẦN KẾT LUẬN Qua công việc lần này, việc thực tập giúp em thu kinh nghiệm kiến thức vơ hữu ích Thơng qua việc thực tập lớn, chúng em tính lũy nhiều kiến thức thực tế chuyên ngành điện tử viễn thông, thầy tạo cho chúng em niềm say mê học tập, tìm tịi kiến thức Ngồi kiến thức môn, chúng em học từ thầy kinh nghiệm, kỹ thiết thực giúp ích cho chúng em thực tốt nhiệm vụ, tập kĩ mềm, kĩ làm việc nhóm, Trong q trình thực đề tài này, dù cố gắng vốn kiến thức hạn hẹp nên tránh khỏi sai sót Nhóm em mong nhận đóng góp, phê bình, chia sẻ thầy để đề tài em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy! 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Benzad Razavi, RF Microelectronics 2011 [2] "Wiki," [Online] Available: Impedance matching - Wikipedia, truy nhập lần cuối ngày 26/06/2022