Báo cáo Điện tử tương tự II, tìm hiểu các dạng mạch phối hợp trở kháng. Phối hợp trở kháng là một yêu cầu cần thiết trong thiết kế mạch RF. Nhằm cung cấp khả năng truyền tải phần công suất lớn nhất từ tầng này sang tầng kia, cụ thể hơn có thể là từ nguồn và tải của nó. Phối hợp trở kháng có thể được triển khai bằng nhiều mạch với cấu trúc khác nhau. Mỗi mạch có nhưng ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong báo cáo này đề cập với việc tính toán thiết kế mạch phối hợp trở kháng hình chữ T và chữ PI
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ***** ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ II ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÁC DẠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nam Phong Sinh viên thực hiện: Lê Quang Huy 20203720 Mã lớp: 142037 Hà Nội, 05/2023 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .2 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 1.1 Phối hợp trở kháng 1.2 Các dạng phối hợp trở kháng CHƯƠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG PHẦN TỬ LC 2.1 Lí thuyết chung mạch phối hợp trở kháng phần tử LC .3 2.2 Mạng hình chữ Pi .4 2.3 Mạng hình chữ T CHƯƠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG PHẦN TỬ HÌNH PI VÀ T.6 3.1 Phối hợp trở kháng mạch Pi .6 3.2 Phối hợp trở kháng mạch T 3.3 Một ví dụ trường hợp Re{Zin}RL…………………………… 11 KẾT LUẬN 12 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Mạng hình chữ Pi Hình Mạng hình chữ Pi biểu diễn dạng hai mạng L nối tiếp…….4 Hình Mạng hình chữ T Hình Mạng hình chữ T biểu diễn dạng hai mạng T nối tiếp Hình Mạch Pi Hình Mạch T LỜI MỞ ĐẦU Phối hợp trở kháng yêu cầu cần thiết thiết kế mạch RF Nhằm cung cấp khả truyền tải phần công suất lớn từ tầng sang tầng kia, cụ thể từ nguồn tải Phối hợp trở kháng triển khai nhiều mạch với cấu trúc khác Mỗi mạch có ưu điểm nhược điểm riêng Trong báo cáo đề cập với việc tính tốn thiết kế mạch phối hợp trở kháng hình chữ T chữ PI Báo cáo có nhiều sai sót, em mong nhận góp ý từ thầy Phong để báo cáo trở nên hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! 1.1 CHƯƠNG 1: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG Phối hợp trở kháng Phối hợp trở kháng yêu cầu cần thiết thiết kế mạch RF Nhằm cung cấp khả truyền tải phần công suất lớn từ tầng sang tầng kia, cụ thể từ nguồn tải Đối với mạch DC, công suất tối đa truyền từ nguồn sang tải điện trở tải điện trở nguồn Đối với nguồn AC, dạng sóng biến thiên theo thời gian, công suất tối đa truyền từ nguồn sang tải xảy trở kháng tải liên hợp phức trở kháng nguồn 1.2 Các dạng phối hợp trở kháng - Mạch phối hợp trở kháng phần tử L, C hình chữ T Mạch phối hợp trở kháng phần tử L, C hình chữ Pi CHƯƠNG 2: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG PHẦN TỬ LC 2.1 Lý thuyết chung mạch phối hợp trở kháng phần tử LC Các thiết kế mạch phối hợp trở kháng phần tử LC thường dùng cho trường hợp đơn giản, phối hợp trở kháng thực Ít thường thấy xuất thực tế Trở kháng đầu vào đầu transistor phức tạp chứa phần thực phần ảo Chúng ta thấy phương trình mạch phối hợp trở kháng phần tử hệ số Q xác định Đây mặt hạn chế so với mạch trở kháng phần tử, tiêu biểu mạch hình chữ T Pi 2.2 Mạng hình chữ Pi Mạng phần tử đề cập gọi mạng hình chữ Pi hình Hình Mạng hình chữ Pi Mạnh hình chữ PI xem mạng hình chữ L nối tiếp tái cấu hình để phù hợp cới nguồn tải việc thêm điện trở ảo nằm Việc tính tốn với mạng hình chữ PI triển khai tương tự với mạng chữ L minh họa hình Hình Mạng hình chữ Pi biểu diễn dạng hai mạng L nối tiếp Nếu Xp1 tụ điện Xs1 cuộn cảm ngược lại, tương tự Xp2 cuộn cảm Xs2 tụ điện Trong đó, giá trị xác định bắt đầu triển khai thiết kế mạch Hệ số Q mạch xác định: Trong RH =max {Rs, RL} R = trở kháng ảo, R phải bé Rs Rl 2.3 Mạng hình chữ T Mạng phần tử đề cập hình gọi mạng hình chữ T hình Hình Mạng hình chữ T Mạng hình chữ T xem mạng hình chữ L nối tiếp tái cấu hình để phù hợp cới nguồn tải việc thêm điện trở ảo nằm Việc tính tốn với mạng hình chữ T triển khai tương tự với mạng chữ L minh họa hình Hình Mạng hình chữ T biểu diễn dạng hai mạng L nối tiếp Nếu Xp1 tụ điện Xs1 cuộn cảm ngược lại, tương tự Xp2 cuộn cảm Xs2 tụ điện Trong giá trị xác định bắt đầu triển khai thiết kế mạch Hệ số Q mạch xác định bởi: Trong R điện trở ảo R small=min{Rs, Rsmall} CHƯƠNG 3: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG PHẦN TỬ HÌNH Pi VÀ T 3.1 Phối hợp trở kháng mạch Pi Hình Mạch Pi Mạch Pi miêu tả mạch L quay lưng vào , cấu tạo cách nối tải nguồn đến trở ảo nằm mạch Ý nghĩa dấu âm -Xs1 -Xs2 biểu tượng Nó đơn giá trị Xs ngược với giá trị Xp1 Xp2 Tương tự với Xp2 Xs2 VD: Thiết kế mạch Pi để phối hợp trở kháng với 100 ôm nguồn 1000 ơm tải Mỗi mạch phải có Q=15 Bài giải: Q mạch L lại định nghĩa thương Rs cho R Điện trở nguồn chân song song mạch L Vậy nên Rs tương đương Rp, đó: Similarly, Xs2 = Q1Rseries = Q1R = (4.6)(4.46) = 10.51 ohms Ta mạch hồn chỉnh sau: Điện trở ảo (R) khơng có mạch thật, ta khơng vẽ vào Điện kháng -Xs1 -Xs2đang mắc nối tiếp đơn giản hóa thành điện kháng sau: Để biến đổi từ mạch L thành mạch Pi, phần tử nối tiếp cộng vào loại bị trừ cho khác loại 3.2 phối hợp trở kháng mạch T Cấu tạo mạch T gần giống với cấu tạo mạch Pi ngoại trừ việc mạch L mạch T ngược với mạch L mạch Pi Ta phối hợp trở kháng tải nguồn thông qua mạch L đến điện trở ảo Điện trở ảo lớn trở nguồn tải, có nghĩa mạch L có chân song song nối với Hình Mạch T Ta đảo ngược mạch L để tạo nên mạch T, ta phải viết lại phương trình Q: Trong đó: Rp điện trở nhánh song song mạch L Rs điện trở nhánh nối tiếp mạch L VD: Phối hợp 10 ôm nguồn 20 ôm tải sử dụng mạch T Thiết kế cho Q=3 Ta có điện trở ảo : Theo cơng thức trước đó : Với mạch L nằm phía tải, số Q bằng : Vì ta suy ra : 3.3 Một ví dụ trường hợp Re{Zin}RL Đề bài: Thiết kế mạch high-pass để phối hợp trở kháng với Zin = 100 Ω đến tải RL= 50 Ω tần số 10MHz Dùng hệ số Q chọn Rv = 10 Ω Công thức tổng quát: Q= √ RH XS RH = −1 Q= X p R Low R Low RLow = Rv *Tính tốn phía nguồn (bên phải): √ √ √ √ Z¿ 100 −1= −1=3 Rv 10 XP RH 100 33.3 Q= = =3 ⇒ X p1 =33.3 Ω ⇒ L1= = =0.53 μH X p1 X p1 πf π 07 XS1 XS1 1 Q= = =3 ⇒ X S 1=30 Ω ⇒ C 1= = =530 ρF R Low 10 π f X s π 10 (30) Q= *Tính tốn phía tải (bên phải): RL 50 −1= −1=2 Rv 10 XP Rh 100 50 Q= = =2 ⇒ X p =50 Ω ⇒ L2= = =0.80 μH X p2 X p2 πf π 07 X S2 XS2 1 Q= = =2 ⇒ X S 1=20 Ω ⇒ C 2= = =795 ρF R L 10 π f X s π 07 (20) C1 C2 ⇒C= =318 ρF C 1+C Q= KẾT LUẬN Phối hợp trở kháng kiến thức quan trọng mà ta cần phải ý Bài tập lớn lần nêu chi tiết nội dung, cách tính tốn hai mạch phối hợp trở kháng hình Pi mạch phối hợp trở kháng hình T Đây hai mạch phối hợp trở kháng có 11 tácdụng thực tiễn đáng kể lấy công suất cực đại tải, giảm tổn hao đường truyền, … 12 13 14