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

Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1.Giả sử: , là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng0Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉđược sinh ra từ tụ điện C

Trang 1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

Môn: Điện tử tương tự II

Đề tài: Tìm hiểu các dạng mạch phối hợp trởkháng

Giảng viên hướng

dẫn:TS Nguyễn Nam PhongSinh viên thực

hiện:Lê Văn Kiều Quý20193070

Trang 2

Hà Nội, tháng 7 năm 202

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4CHƯƠNG 1: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG

1.1 Phối hợp trở kháng 51.2 Các dạng phối hợp trở kháng 5CHƯƠNG 2: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 2 PHẦN TỬ LC HÌNH CHỮ L

2.1 Giới thiệu chung 62.2 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1 72.3 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 2 82.4 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 3 92.5 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 4 10CHƯƠNG 3: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PHẦN TỬ

4.1 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ t dạng 1 154.2 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ t dạng 2 174.3 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ t dạng 3 204.4 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ t dạng 4 22CHƯƠNG 5: MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PHẦN TỬ HÌNH CHỮ PI

5.1 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ pi dạng 1 255.2 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ pi dạng 2 275.3 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ pi dạng 3 295.4 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ pi dạng 4 31CHƯƠNG 6: SO SÁNH 3 DẠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG HÌNH CHỮ L, CHỮ T VÀ CHỮ PI 33

6.1 So sánh về ưu điểm nhược điểm 33

Trang 3

Phối hợp trở kháng có thể được triển khai bằng nhiều mạchvới cấu trúc khác nhau Mỗi mạch có nhưng ưu điểm và nhượcđiểm riêng Trong báo cáo này đề cập với việc tính toán thiết kếmạch phối hợp trở kháng hình chữ L, chữ T và chữ PI

Báo cáo được tính toán không tránh khỏi những sai sót, emhi vọng nhận được sự góp ý từ thầy Nguyễn Nam Phong để báocáo được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Chuyển đổi mạch từ nối tiếp sang song song 6Hình 2 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1 7Hình 3 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 2 8Hình 4 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 3 9Hình 5 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 4 10Hình 6 Hình 6 Mạng hình chữ PI 12Hình 7 Mạng hình chữ PI được biểu diễn dưới dạng hai mạng L nối tiếp

13Hình 8 Mạng hình chữ T 13Hình 9 Mạng hình chữ T được biểu diễn dưới dạng hai mạng L nối tiếp

14Hình 10 Phối hợp trở kháng hình chữ PI dạng 1 15Hình 11 Phối hợp trở kháng hình chữ PI dạng 2 17Hình 12 Phối hợp trở kháng hình chữ PI dạng 3 20Hình 13 Phối hợp trở kháng hình chữ PI dạng 4 2

Trang 5

2Hình 14 Phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 1 25Hình 15 Phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 2 27Hình 16 Phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 3 29Hình 17 Phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 4 31Hình 18 Đáp ứng tần số cho mạng hình chữ T với các khác nhau

33Hình 19 Đáp ứng tần số cho mạng hình chữ PI 34

CHƯƠNG 1: PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG.

1.1 Phối hợp trở kháng:

Phối hợp trở kháng là một yêu cầu cần thiết trong thiết kếmạch RF Nhằm cung cấp khả năng truyền tải phần công suấtlớn nhất từ tầng này sang tầng kia, cụ thể hơn có thể là từnguồn và tải của nó.

Đối với mạch DC, công suất tối đa sẽ được truyền từ nguồnsang tải của nó nếu điện trở tải bằng điện trở nguồn.

Trang 6

xảy ra khi trở kháng tải bằng liên hợp phức của trở khángnguồn

1.2 Các dạng phối hợp trở kháng.

- Mạch phối hợp trở kháng 2 phần tử LC hình chữ L.- Mạch phối hợp trở kháng 3 phần tử L, C hình chữ T.- Mạch phối hợp trở kháng 3 phần tử L, C hình chữ.

CHƯƠNG 2 MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 2 PHẦNTỬ LC HÌNH CHỮ L

2.1 Giới thiệu chung

a Biến đổi trở kháng thụ động.

Tỉ lệ giữa điện kháng của cuộn cảm với điện trở nối tiếp vớinó được sử dụng như là một đại lượng đo lường chất lượng củacuộn cảm Giá trị này càng lớn thì cuộn cảm càng tốt.

Cuộn cảm tổn hao nhỏ dùng sơ đồ tương đương nối tiếp,cuộn cảm tổn hao lớn dùng sơ đồ tương đương song song.

Trang 7

Hình1 dưới đây minh họa việc chuyển đổi mạch từ nối tiếpsang song song

Hình 1 chuyển đổi mạch từ nối tiếp sang song songXét các phần tử hoạt động tại cùng một tần số, trở khángcủa mạch nối tiếp bằng trở kháng của mạch song song.

Ta có: =

Mặt khác:

(1)

b Mạch phối hợp trở kháng 2 phần tử LC hình chữ L.

Mạch phối hợp trở kháng 2 phần tử LC hình chữ L là mạchphối hợp trở kháng đơn giản nhất, được sử dụng rộng rãi Với 2phần tử L và C thì có 4 sự sắp xếp vị trí của chúng Chi tiết vềcác mạch này sẽ được đề cập ở dưới đây.

2.2 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1.

Sơ đồ phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1 minh họa như Hình2 dưới đây.

Trang 8

Hình 2 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 1.Giả sử: , là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng0

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉđược sinh ra từ tụ điện C và cuộn cảm L.

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

Mặt khác:

Ví dụ: Thiết kế mạch phối hợp trở kháng giữa nguồn 25Ohm với tải 50 Ohm Nguồn DC với f = Hz

Theo tính toán được triển khai Với công cụ có sẵn

2.3 Phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 2.

Sơ đồ phối hợp trở kháng hình chữ L dạng 2 minh họa như Hình3 dưới đây.

Trang 12

CHƯƠNG 3 MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PHẦNTỬ LC

3.1 Lý thuyết chung về mạch phối hợp trở kháng 3 phầntử LC

Các thiết kế mạch phối hợp trở kháng được đề cập ởChương 2 dùng cho

các trường hợp đơn giản, phối hợp 2 trở kháng thực( Nó rấthiếm khi xuất hiện trong thực tế.

Trở kháng đầu vào và đầu ra của các transistor hầu nhưluôn phức tạp, bởi nó chứa cả phần thực và phần ảo ().

Phương trình (1) được đề cập ở trên cho ta thấy, với và ,hoặc nguồn và trở kháng tải được xác định sẵn trong yêu cầuthiết kế thì hệ số Q của mạch được xác định Nghĩa là với mạngphối hợp trở kháng hình chữ L thì không được tùy chọn giá trị Q.Tuy nhiên mạch phối hợp trở kháng 3 phần từ hình chữ T và PIđược đề cập dưới đây sẽ khắc phục được điều này.

3.2 Mạng hình chữ PI:

Trang 13

b Xét phần bên tải

Giả sử: , tải là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0 Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉ được sinh ra từ tụ điện và cuộn cảm.

Khi ấy, ta có: = =

3.4 Mạch phối hợp trở kháng 3 phần tử LC hình chữ Π dạng 4.

Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng hình Π dạng 4 được minh họa như hình 13 dưới đây Trong đó X có thể là tụ điện hoặc cuộn khám

Hình 13 Mạch phối hợp trở kháng 3 phần tử LC hình chữ Π

dạng 4.

Phân tích khối X thành 2 phần tử và mắc nối tiếp:Nếu X là một tụ điện:

Trang 14

Điều kiện áp dụng trường hợp này: Nếu X là một cuộn cảm

Điều kiện áp dụng trường hợp này:

Sau khi phân tích, với điện trở ảo nằm vị trí trung tâm, ta được:

a Xét phần bên nguồn.

Giả sử: , là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0 Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉ được sinh ra từ tụ điện và cuộn cảm.

Khi ấy, ta có: = =

b Xét phần bên tải.

Trang 15

Giả sử: , là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0 Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉ được sinh ra từ tụ điện và cuộn cảm.

Khi ấy ta có: = =

Trang 16

CHƯƠNG 5 MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG 3 PHẦNTỬ LC HÌNH CHỮ

5 1Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 1

Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng hình T dạng 1 được minh họanhư hình 14 dưới đây

Hình 14 Sơ đồ mạch phối hợp trở kháng hình Π dạng 1Phân tích tụ điện C thành 2 tụ điện và sao cho:

a Phía bên nguồn.

Giả sử: Nguồn , tải là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực,phần ảo bằng 0

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồnchỉ được sinh ra từ tụ điện và cuộn cảm.

Xét nửa trái của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tựmạch hình chữ L dạng 1 ở Hình 1.

Tính toán tương tự ta có:

Khi đó,

Trang 17

b Phía bên tải

Giả sử: , là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0

Như vậy dung kháng, điện kháng của bên tải và bên nguồn chỉ được sinh ra từ tụ điện và cuộn cảm.

Xét nửa phải của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tự mạch hình chữ L dạng 4.

Vậy (F)

Ví dụ: Thiết kế mạch phối hợp trở kháng giữa nguồn 50Ohm với tải 25 Ohm Nguồn DC với f = Hz Ohm

Theo tính toán được triển khai Với công cụ có sẵn

Trang 18

Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 2 có cấu trúc như hình 15 dưới đây

Hình 15 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 2Để dễ dàng tính toán, ta tách L thành L1 và L2 sao cho:

Kết hợp với một điện trở ảo, ta được sơ đồ như hình dưới đây.

Trang 19

Trang 20

Phân tích khối X thành tụ điện và cuộn cảm như sau:

a Xét khối phía bên nguồn

Xét nửa trái của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tự mạch hình chữ L dạng 1

b Xét khối phía bên tải

Giả sử: , tải là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0

Xét nửa phải của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tự mạch hình chữ L dạng 3.

5.4 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 4

Trang 21

Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 4 có cấu trúc như hình 17 dưới đây

Hình 17 Mạch phối hợp trở kháng hình chữ T dạng 4X có thể là tụ hoặc cuộn cảm

Phân tích khối X thành tụ điện và cuộn cảm.

a Xét khối phía bên nguồn

Giả sử: , tải là thuần trở, nghĩa là chỉ có phần thực, phần ảo bằng 0

Xét nửa trái của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tự mạch hình chữ L dạng 2 ở Hình 1.

b Xét khối phía bên tải:

Trang 22

Xét nửa phải của mạch với nguồn và tải , cấu trúc tương tự mạch hình chữ L dạng 4

CHƯƠNG 6: SO SÁNH 3 DẠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞKHÁNG6.1 So sánh ưu điểm nhược điểm:

Mạng hình chữ L Mạng chữ T/PIƯu

điểm Thiết kế đơn giảnTiết kiệm chi phí sảnxuất lẫn thiết kế

Có thể được lựachọn giá trị Q củamạch sao cho nóthỏa mãn yêu cầucủa mạch tươngứng ( như đã phântích ở trước).

Có thể sử dụng chocác ứng dụng yêucầu băng thông hẹp

Trang 23

với Q cao.Nhượ

và xác định thì Qcủa mạng được xácđịnh Nghĩa là khithiết kế mạch, khôngđược lựa chọn giá trịQ.

Khó khăn trong việcthiết kế với yêu cầubăng thông hẹp

Thiết kế phức tạphơn

6.2 So sánh về đáp ứng tần số, đáp ứng pha, đáp ứng biên độ.

Mạng chữ T

Hình 18 Đáp ứng tần số cho mạng hình chữ T với các khácnhau

Mạng hình chữ T thể hiện hiệu suất thông cao, băng thông tăngkhi giảm Q

Mạng chữ PI

Trang 24

Hình 19 Đáp ứng tần số cho mạng hình chữ PI

Do đó ta thấy: Phối hợp trở kháng cho mạng hình chữ PI vàT thường được sử dụng cho các trường hợp với yêu cầubăng thông hẹp và Q cao.

……… HẾT………