bài tập lớn đề tài tìm hiểu các dạng mạch phối hợp trở kháng

M i mỗ ạch có nhưng ưu điểm và nhược điểm riêng... CHƯƠNG 1: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG.. Các d ng phạ ối hợp tr kháng... ự ếTrở kháng đầu vào và đầu ra của các transistor hầu như luôn phức tạp,

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguy n Nam Phong ễ

Sinh viên th c hi ự ện: Lê Văn Kiề u Quý 20193070

Hà N i, ộ tháng 7 năm 202

3.2 Giới thi u v m ch ph i h p tr kháng hình ch T ệ ề ạ ố ợ ở ữ 12 3.3 Giới thi u v m ch ph i h p tr kháng hình ch ệ ề ạ ố ợ ở ữ PI 13 CHƯƠNG 4: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PH N TẦ Ử HÌNH CHỮ T

4.1 Mạch ph i h p tr kháng hình ch t d ng 1 ố ợ ở ữ ạ 15 4.2 M ch phạ ối hợp tr kháng hình ch t d ng 2 ở ữ ạ 17 4.3 M ch phạ ối hợp tr kháng hình ch t d ng 3 ở ữ ạ 20 4.4 Mạch ph i h p tr kháng hình ch t d ng 4 ố ợ ở ữ ạ 22 CHƯƠNG 5: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PH N TẦ Ử HÌNH

CHỮ PI

5.1 Mạch ph i h p tr kháng hình ch pi d ng 1 ố ợ ở ữ ạ 25 5.2 Mạch ph i h p tr kháng hình ch pi d ng 2 ố ợ ở ữ ạ 27 5.3 Mạch ph i h p tr kháng hình ch pi d ng 3 ố ợ ở ữ ạ 29 5.4 Mạch ph i h p tr kháng hình ch pi d ng 4 ố ợ ở ữ ạ 31 CHƯƠNG 6: SO SÁNH 3 DẠNG MẠCH PH I H P TR KHÁNG Ố Ợ ỞHÌNH CH L, CH T VÀ CH PI.Ữ Ữ Ữ

33

6.1 So sánh v ề ưu điểm nhược điểm

6.2 So sánh v ề đáp ứng t n sầ ố, đáp ứng pha, đáp ứng biên độ 33 33 KẾT LU N Ậ

LỜI M Ở ĐẦU

Phối hợp trở kháng là một yêu c u cần thi t trong thi t kế m ch RF Nh m ầ ế ế ạ ằcung c p khấ ả năng truyề ản t i ph n công su t lầ ấ ớn nhấ ừ ầt t t ng này sang t ng kia, ầ

cụ thể hơn có thể là t ngu n và t i cừ ồ ả ủa nó

Phối h p tr kháng có th ợ ở ể được tri n khai b ng nhiể ằ ều mạch v i c u trúc khác ớ ấnhau M i mỗ ạch có nhưng ưu điểm và nhược điểm riêng Trong báo cáo này đềcập v i vi c tính toán thiớ ệ ết kế m ch phạ ối h p tr kháng hình ch L, ch T và ch ợ ở ữ ữ ữ

DANH M C HÌNH V Ụ Ẽ

Trang Hình 1 Chuyển đổi m ch t nạ ừ ối ti p sang song song ế 6 Hình 2 Ph i h p tr kháng hình ch L d ng 1 ố ợ ở ữ ạ 7 Hình 3 Ph i h p tr kháng hình ch L d ng 2 ố ợ ở ữ ạ 8 Hình 4 Ph i h p tr kháng hình ch L d ng 3 ố ợ ở ữ ạ 9 Hình 5 Ph i h p tr kháng hình ch L d ng 4 ố ợ ở ữ ạ 10

CHƯƠNG 1: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG

1.1 Phối hợp tr kháng: ở

Phối hợp trở kháng là một yêu c u cần thi t trong thi t kế m ch RF Nh m ầ ế ế ạ ằcung c p ấ khả năng truyề ản t i ph n công su t l n nh t t t ng này sang t ng kia, ầ ấ ớ ấ ừ ầ ầ

cụ thể hơn có thể là t ngu n và t i cừ ồ ả ủa nó

Đố ới v i mạch DC, công su t tấ ối đa sẽ được truyền t ngu n sang t i c a nó ừ ồ ả ủnếu điện trở t i bả ằng điện tr ở nguồn

Đố ới v i ngu n AC, hoặc cái dạng sóng bi n thiên theo th i gian, công su t ồ ế ờ ấtối đa sẽ được truy n tề ừ nguồn sang t i c a nó x y ra khi tr kháng tả ủ ả ở ải 𝑍𝐿 bằng liên h p ph c cợ ứ ủa tr kháng ngu n ở ồ

1.2 Các d ng phạ ối hợ p tr kháng ở

- Mạch phối h p tr kháng 2 ph n t LC hình ch ợ ở ầ ử ữ L

- Mạch phối h p tr kháng 3 ph n t L, C hình ch ợ ở ầ ử ữ T

- Mạch phối h p tr kháng 3 ph n t L, C hình chợ ở ầ ử ữ Π

Cuộn c m t n hao nhả ổ ỏ dùng sơ đồ tương đương nố ếi ti p, cu n c m t n hao ộ ả ổlớn dùng sơ đồ tương đương song song.

𝑄 =𝑋

𝑅𝑠Hình1 dưới đây minh họa việc chuyển đổi mạch t n i ti p sang song song ừ ố ế

Hình 1 chuyển đổi m ch t n i ti p sang song song ạ ừ ố ế

Xét các ph n t ầ ử hoạt động t i cùng m t t n s , tr kháng c a m ch n i tiạ ộ ầ ố ở ủ ạ ố ếp bằng tr kháng c a m ch song song ở ủ ạ

2.2 Phối h p trợ ở kháng hình ch L d ng 1 ữ ạ

Sơ đồ phối hợp trở kháng hình ch L d ng 1 minh hữ ạ ọa như Hình 2 dưới đây

Hình 2 Ph i h p tr kháng hình ch L d ng 1 ố ợ ở ữ ạGiả sử: RS, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng c a bên t i và bên ngu n ch ủ ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụđiện C và cu n c m L ộ ả

Theo công thức (1) đã phân tích ở trên ta có:

Giả sử: RS, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng c a bên t i và bên ngu n ch ủ ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụđiện và cu n cộ ảm

Theo công thức (1) đã phân tích ở trên ta có:

Giả sử: RS, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng c a bên t i và bên ngu n ch ủ ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụđiện và cu n cộ ảm

Theo công thức (1) đã phân tích ở trên ta có:

Giả sử: RS, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng c a bên t i và bên ngu n ch ủ ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụđiện và cu n cộ ảm

Theo công thức (1) đã phân tích ở trên ta có:

𝑄 = 1

CHƯƠNG 3 MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PHẦN TỬ LC

3.1 Lý thuy t chung v m ch phế ề ạ ối h p trợ ở kháng 3 ph n t ầ ử LC

Các thi t k m ch ph i h p tr ế ế ạ ố ợ ở kháng được đề cập ở Chương 2 dùng cho các trường hợp đơn giản, ph i h p 2 tr kháng ố ợ ở thực(R) Nó r t hi m khi ấ ế xuất hiện trong th c t ự ế

Trở kháng đầu vào và đầu ra của các transistor hầu như luôn phức tạp, bởi

nó chứa cả phần th c và phự ần ảo (R ± jX)

Phương trình (1) được đề cập ở trên cho ta thấy, với Rs và Rp, hoặc nguồn

và tr kháng tở ải được xác định s n trong yêu c u thi t k thì h s Q c a m ch ẵ ầ ế ế ệ ố ủ ạđược xác định Nghĩa là với mạng ph i h p tr kháng hình ch ố ợ ở ữ L thì không được tùy ch n giá tr Q Tuy nhiên m ch ph i h p tr kháng 3 ph n t hình ch T và ọ ị ạ ố ợ ở ầ ừ ữ

PI được đề ập dưới đây sẽ c khắc phục được điều này

3.2 M ạng hình chữ PI:

Mạng 3 ph n tầ ử được đề ập dưới đây gọ c i là mạng hình chữ PI như hình 6 dưới đây

Hình 6 Mạng hình ch ữ PI Mạnh hình chữ PI được xem như 2 mạng hình chữ L nối tiếp nhau được tái cấu hình để phù h p c i nguợ ớ ồn và t i bả ằng việc thêm một điện trở ảo Rvitual nằm giữa Việc tính toán v i m ng hình ch ớ ạ ữ PI được triển khai tương tự v i m ng ch ớ ạ ữ

L được minh họa ở hình 7 dưới đây

Hình 7 M ng hình ch ạ ữ PI được bi u diể ễn dướ ạngi d hai m ng L n i ti p ạ ố ếNếu Xp1 là tụ điện thì Xs1 là cu n cộ ảm và ngượ ại, tương tự ếc l n u Xp2 là cuộn c m thì Xs2 là t ả ụ điện.

Trong đó: Rv< min{Rs; RL}

Giá tr ịnày được xác định khi bắt đầu tri n khai thi t k m ch ể ế ế ạ

Hệ s Q cố ủa mạch được xác định bởi: Q = √RH

Rv− 1 Trong đó RH = max{Rs; RL}

L được minh họa ở hình 9 dưới đây

Hình 9 M ng hình ch ạ ữ T được bi u diể ễn dưới dạng hai mạng L

nối ti p ếNếu Xp1 là tụ điện thì Xs1 là cu n cộ ảm và ngượ ại, tương tự ếc l n u Xp2 là cuộn c m thì Xs2 là t ả ụ điện

Trong đó: Rv> max{Rs; RL}

Giá tr ịnày được xác định khi bắt đầu triển khai thi t k m ch ế ế ạ

Hệ s Q cố ủa mạch được xác định bởi: Q = √ Rv

Trong đó Rsmallest = min{Rs; RL}

Rv: Điện trở ảo

Việc tính toán được triển khai tương tự mạng hình chữ L

Giả sử: RS, Rv là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

Giả sử: Rp, Rv là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

Theo tính toán được triển khai Với công c có s n ụ ẵ

⇒ 𝐿 =𝜔 𝐿1𝐶2− 1

𝜔2𝐶2

Điều ki n áp dệ ụng trường h p này: ợ 𝜔2𝐿1𝐶2> 1

Sau khi phân tích, với điện tr ở ảo nằm v ịtrí trung tâm, ta được:

a Xét phần bên nguồn

Giả sử: RS, Rv là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụ điện và cuộn cảm

Giả sử: Rv, Rp là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo bằng 0 Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t t ừ ụ điện và cuộn cảm

a Phía bên nguồn

Giả s : Nguử ồn RS, tải RV là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có ph n th c, phầ ự ần ảo bằng 0

Như vậy dung kháng, điện kháng c a bên t i và bên ngu n ch ủ ả ồ ỉ được sinh ra

Giả sử: RV, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

Theo tính toán được triển khai Với công c có s n ụ ẵ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

• Ví d : Thi t k m ch ph i h p tr kháng gi a ngu n 50 Ohm v i t i 25 ụ ế ế ạ ố ợ ở ữ ồ ớ ảOhm Ngu n DC v i f = ồ ớ 106 Hz 𝑅𝑣= 125 Ohm

Theo tính toán được triển khai Với công c có s n ụ ẵ

a Xét kh i phía bên ngu n ố ồ

Giả sử: RS, RV là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần th c, phự ần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

a Xét kh i phía bên ngu n ố ồ

Giả sử: RS, tải RV là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có ph n th c, phầ ự ần ảo b ng 0 ằNhư vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

tụ điện và cu n cộ ảm

Xét n a trái c a mử ủ ạch v i nguớ ồn 𝑅𝑠 và tải 𝑅𝑣, cấu trúc tương tự mạch hình ch ữ

L d ng 2 Hình 1 ạ ở

Tính toán tương tự ta có:

b Xét kh i phía bên t ố ải:

Giả sử: RV, RP là thu n trầ ở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo b ng 0 ằ

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên t i và bên ngu n ch ả ồ ỉ được sinh ra t ừ

• Có th s d ng cho các ể ử ụứng dụng yêu cầu băng thông h p v i Q cao ẹ ớ

Nhược

điểm • 𝑅mạng được xác định Nghĩa 𝑠 và 𝑅𝑝xác định thì Q của

là khi thi t k m ch, không ế ế ạđược l a ch n giá tr ự ọ ị Q

• Khó khăn trong việc thi t k ế ế

với yêu cầu băng thông hẹp

• Thiết k ế phức tạp hơn

6.2 So sánh v ề đáp ng tứ ần số, đáp ứng pha, đáp ứng biên độ

➢ Mạng chữ T

Hình 18 Đáp ứng t n s cho m ng hình ch T v i các ầ ố ạ ữ ớ 𝑄𝑠 khác nhau Mạng hình chữ T thể hiện hi u su t thông caoệ ấ , băng thông tăng khi giảm Q

➢ Mạng chữ PI

Hình 19 Đáp ứng t n s cho m ng hình ch ầ ố ạ ữ PI

Do đó ta thấy: Ph i h p tr kháng cho mố ợ ở ạng hình ch ữ PI và T thường được

sử dụng cho các trường hợp với yêu cầu băng thông hẹp và Q cao

……… HẾT………