Bài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng caoBài tâp chương 3: Mạch phối hợp trở kháng siêu cao tần siêu cao tần nâng cao
Bài tập chương KTSCT – Mạch phối hợp trở kháng 3.1 Thiết kế mạch phối hợp dạng chữ L phần tử tập trung kháng để phối hợp đường tuyền khơng tổn hao lượng với trở sóng 50 Ωvới trở tải ZL = 10 +i10 Ω tần số làm việc f = 500 MHz 3.2 Thiết kế mạch phối hợp dạng chữ L phần tử tập trung kháng để phối hợp đường tuyền không tổn hao lượng có trở sóng 50 Ω với dẫn nạp tải YL = 8-12 mS tần số làm việc f = 1000 MHz 3.3 Thiết kế mạch phối hợp dùng Slay phơ ngắn mạch đầu cuối mắc song song đường truyền khơng tổn hao có trở sóng 50 Ω với trở tải ZL = 60- i80 Ω tần số làm việc f = GHz Biết trở sóng Slayphơ đường truyền 3.4 Thiết kế mạch phối hợp dùng Slay phơ hở mạch đầu cuối mắc nối tiếp đường truyền khơng tổn hao có trở sóng 50 Ω với trở tải ZL = 100 + i80 Ω tần số làm việc f = GHz Biết trở sóng Slayphơ đường truyền 3.5 Thiết kế biến áp phối hợp gồm ba đoạn đường truyền dài λ/4 có trở sóng nhẩy bậc phân bố hệ số phản xạ dải thông tần theo dạng nhị thức (dạng phẳng cực phối hợp đường truyền trở sóng 100 Ω với tải ZL = 50 Ω điều kiện hệ số phản xạ lớn cho phép dải tần có giá trị 0,05 3.6 Thiết kế biến áp phối hơp gồm ba đoạn đường truyền dài λ/4 có trở sóng nhẩy bậc phân bố hệ số phản xạ dải thông tần theo dạng đa thức Chebyshev để phối hợp đường truyền trở sóng 50 Ω với tải ZL = 100 Ω điều kiện hệ số phản xạ lớn cho phép dải tần có giá trị 0,05 GIẢI CÁC BÀI TẬP CHƯƠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SCT- TÍN CHỈ 3.1 a/ Tính theo cơng thức giải tích : - Vì theo điều kiện Z0 = 50 Ω > RL = 10 Ω nên ta áp dụng sơ đồ mạch phối hợp dạng chữ L có điện kháng iX mắc nối tiếp với tải đến điện nạp iB mắc song song - Giá trị điện kháng điện nạp tính theo biểu thức sau : X 1, RL Z RL X L , B1, Z0 R L / RL Z0 Thay Z0 = 50Ω , RL = 10Ω , XL = 10Ω vào biểu thức ta nhận kết : X1 = 10 Ω , B1 = 0,04S ; X2 = -30Ω , B2 = - 0,04S Tại tần số làm việc f = 500 MHz ta tính giá trị phần tử mạch phối hợp chữ l sau : - Nghiệm thứ : X1 dương, nên điện cảm, B1 dương nên điện dung Giá trị điện cảm nối tiếp điện dung song song : L1 X1 10 3,185 nH 2 f x3,14 x5.10 C1 B1 0,04 12,58 pF 2 f x3,14 x5.10 - Nghiệm thứ hai : Vì X2 có giá trị âm nên điện dung , B2 có giá trị âm nên điện cảm Vậy ta có giá trị điện dung mắc nối tiếp điện cảm mắc song song : 1 10,62 pF 2 f xX 2 x3,14 x5.10 x30 1 L2 7,96 nH 2 f xB2 x3,14 x5.10 x0,04 C Sơ đồ mạch phối hợp toán hai trường hợp cho hình 3.1a 3.1b sau H×nh 3.1a Hình 3.1b b/ Giải đồ thị vòng Smit, tiến hành bước mơ tả hình 3.1c Hình 3.1c - Xác định điểm D đồ thị biểu diễn trở tải chuẩn hoá 10 i10 ZL 0,2 i 0,2 50 - Ta nhận hệ số sóng đứng tương ứng Kd = 5,5 - Dịch chuyển vòng tròn điện trở chuẩn hố đơn vị theo chiều nguồn khoảng d/λ= 0,25 ta nhận vòng tròn điện dẫn chuẩn hố đơn vị - Tìm hai giao điểm vòng tròn điện trở chuẩn hố 0,2 với vòng tròn điện dẫn chuẩn hoá đơn vị điểm P1 P2 Tại hai điểm ta nhận trở kháng chuẩn hoá tương ừng : Z P1 0,2 i 0,39 , Z P2 0,2 i0,39 - Từ ta nhận hai giá trị điện kháng mắc nối tiếp mạch phối hợp : X 0,39 0,2 0,19 X 0,19 x50 9,5 X 0,39 0,2 0,59 X 0,59 x50 29,5 - Lấy đối xứng hai điểm P1 P2 qua vòng tròn Kd qua hai điểm ta nhận hai điểm Q1 Q2 có dẫn nạp chỗ mắc điện nạp song song B Y Q1 1 i 0,19 , Y Q2 1 i 2,2 : - Để phối hợp trở kháng với đường truyền ta cần chọn điện nạp mắc song song có giá trị tương ứng hai điểm : B1 0,19 B1 0,19 / 50 0,038S B2 2,2 B2 2,2 / 50 0.044 S Với tần số làm việc f = 500 MHz, nên phần tử mạch phối hợp nhận giá trị sau : + Nghiệm thứ : X1 dương nên điện cảm nối tiếp, B1 dương nên điện dung mắc song song có giá trị : X1 9,5 3,026 nH 2f x3,14 x5.10 B 0,038 C1 12,1 pF 2f x3,14 x5.10 L1 + Nghiệm thứ hai : X2 âm nên điện dung mắc nối tiếp, B2 âm nên điện cảm mắc song song chúng có giá trị : 1 10,79 pF 2fX 2 x3,14 x5.10 x 29,5 1 L2 7,24 nH 2fB2 x3,14 x5.10 x0,044 C So sánh số liệu phần tử mạch phối hợp nhận giải đồ thị vòng theo cơng thức cho kết gần 3.2 a/ Trước hết ta giải tập thiết kế tính theo biểu thức giải tích sau : - Tính trở kháng tải từ dẫn nạp tải cho : ZL 1 38,46 i57,69 YL i12 - Vì RL = 38,46 < Z0 = 50 , nên ta sử dụng mạch phối hợp chữ L có điện kháng X mắc nối tiếp với tải tiếp đến điện nạp B mắc song song vào đường truyền - Áp dụng biểu thức tính ta giá trị phần tử mạch phối hợp sau : B1, Z0 RL / RL Z0 50 38,46 / 38,46 50 0,011S X R L Z RL X L 38,46 50 38,46 57,69 36,63 X R L Z R L X L 38,46 50 38,46 57,69 78,755 + Nghiệm thứ cho X1âm nên điện kháng điện dung CL1 ,còn điện nạp B1 dương nên điện dung C1 Tại tần số làm việc f =1000MHz, nên giá trị hai điện dung nối tiếp song song : B1 0,01 1,59 pF 2f x3,14.10 1 4,35 pF 2fX x3,14.10 x36,63 - C1 - C L1 - Sơ đồ mạch phối hợp mơ tả hình 3.2a Hình 3.3a + Nghiệm thứ hai cho X2 âm nên điện dung mắc nối tiếp với tải, B2 âm nên điện cảm mắc song song với đường truyền Tại tần số làm việc f = 1000 MHz chúng có giá trị : 1 - C 2fX x3,14.10 x78,755 2,022 pF 1 - L2 2fB x3,14.10 0,01 14,476 nH - Sơ đồ mạch phối hợp cho hình 3.2.b Hình 3.2b b/ Tiếp theo ta giải tốn nhờ dùng đồ thị vóng Smit, bước tiến hành mơ tả hình 3.2.c sau : Hình 3.2c + Xác định điểm D biểu diễn trở kháng tải chuẩn hố đồ thị vòng có giá trị : ZL 38,46 i57,69 0,77 i1,15 50 + Cho giá trị hệ số sóng đứng Kd = 3,6 + Lấy đối xứng qua tâm C đồ thị vòng tròn điện trở chuẩn hố đơn vị ta vòng tròn điện dẫn chuẩn hố đơn vị + Từ điểm D dịch chuyển theo vòng tròn điện trở chuẩn hố 0,77 đến giao điểm P1 P2 với vòng tròn điện dẫn chuẩn háo đơn vị Tại hai giao điểm P1 P2 ta nhận trở kháng chuẩn hoá tương ứng : Z P1 0,77 i 0,42 , Z P2 0,77 i 0,42 Từ ta nhận giá trị điện kháng X mắc nối tiếp với trở tải mạch phối hợp cần chọn : X P1 1,15 0,42 0,73 X 0,73 x50 36,5 X P2 1,15 0,42 1,57 X 1,57 x50 78,5 + Lấy đối xứng điểm P1 P2 vòng tròn hệ số sóng đứng qua hai điểm ta hai điểm Q1 Q2 Tại hai điểm ta nhận giá trị dẫn nạp chuẩn hoá ứng với chỗ mắc điện nạp B song song với đường truyền : Y Q1 1 i 0,5 , Y Q2 1 i 0,55 + Để phối hợp trở kháng với đường truyền ta cần chọn dẫn nạp mắc song song B có giá trị tương ứng : B Q1 0,5 B1 0,5 0,55 0,01 S , B Q2 0,55 B2 0,011 50 50 + Nghiệm thứ với X1 âm nên điện dung mắc nối tiếp với tải CL1, B1 dương nên điện dung mắc song song với đường truyền C1 Tại tần số làm việc f =1000 MHz nên ta nhân giá trị chúng : 1 4,36 pF 2fX x3,14.10 x36,5 B 0,01 C1 1,59 pF 2f x3,14.10 C L1 + Nghiệm thứ hai với X2 âm nên điện dung mắc nối tiếp với tải C2, B2 âm nên điện cảm mắc song song với đường truyền L2 Tại tần số làm việc f =1000 MHz ta nhận giá trị chúng : 1 2,03 pF 2fX 2 x3,14.10 x78,5 1 L2 14,35 nH 2fB2 x3,14.10 x0,011 C2 + So sánh với kết tính theo công thức, nhận kết hai trường hợp giải trùng tốt 3.3 a/ Trước hết ta giải toán nhờ dùng đồ thị vòng Smit Các bước tiến hành mơ tả hình 3.3.1 sau : + Xác định điểm biểu thị trở kháng tải chuẩn hố đồ thị vòng D có giá trị : Z L 60 i80 1,2 i1,6 50 H×nh 3.3 Vẽ vòng tròn hệ số sóng đứng Kd = 3,4 qua điểm D biểu thị trở kháng tải chuẩn hoá , - Lấy đối xứng điểm D qua vòng tròn Kd điểm P biểu thị dẫn nạp tải chuẩn hoá, nối bán kính từ tâm đồ thị qua P xác định điểm cho pha hệ số phản xạ dẫn nạp tải P1 có giá trị l/λ = 0,065 - Tìm hai giao điểm vòng tròn Kd điện dẫn chuẩn hoá đơn vị M N Từ đồ thị ta nhận giá trị điện nạp chuẩn hoá tương ứng hai điểm : B M i1,47 , B N i1,47 - Ta tìm hai giá trị cần chọn cho điện nạp Slayphơ cần phối hợp M N đường truyền : BS M B M 1,47 , BS N B N 1,47 - Nối hai bán kính từ tâm đồ thị vòng đến điểm M N cắt vòng tròn lớn M1 N1 cho hai giá trị pha hệ số phản xạ hai điểm : l/λ(M1) = 0,176 l/λ(N1) = 0,325 - Từ điểm P1 địch chuyển vòng tròn lớn theo chiều nguồn (theo chiều kim đồng hồ) đến điểm M1 N1 ta nhận khoảng cách d từ điểm mắc Slayphơ đến tải tương ứng : d (M) = (0,176- 0,065)λ = 0,110λ d(N) = (0,325- 0,065)λ = 0.260λ Tần số làm việc 2GHz, nên bước sóng λ = 3.108/2.109 = 0,15m Nên khoảng cách từ chỗ mắc Slayphơ đến tải cho giá trị tương ứng : d(M) = 0,0165 m = 1,65 cm d(N) = 0,029m = 2,9 cm - Từ điểm ngắn mạch dẫn nạp ( điểm vơ có giá trị 0,250) dịch chuyển vòng tròn lớn theo chiều nguồn đến điểm có giá trị điệm nạp Slayphơ -1,47 + 1,47 ta nhận chiều dài Slayphơ mắc phối hợp điểm M N sau : LS (M) = (0,345- 0,250)λ = 0,095λ = 1,357 cm LS(N) = (0,250 + 0,155)λ = 0,405 λ = 6,07 cm b/ Tìm nghiệm tốn nhờ tính theo cơng thức giải tích tiến hành sau 1 60 i80 - Dẫn nạp tải : YL Z 60 i80 60 80 0,006 i0,008 L Dẫn nạp tải chuẩn hoá : YL G L iBL 0,006 i 0.00850 0,3 i0,4 - Nghiệm thứ tính theo cơng thức : t1 tg d S BL BL A1 G L A A 0,3 0,3 1 0,4 0,05 , A G L G L 1 BL2 0,4 0,4 0,051 0,3 0,4 0,195 17,64 0,05 0,05 d S1 Artg 17,64 0,259 d S 0,259 2 B t 1 BL t1 GL2 t1 Bin1 L 2 G L t1 1 B L t1 t1 0,4 17,641 0,4 17,64 0,3 17,64 1,478 0,3 17,64 1 0,4 17,64 Chiều dài Slayphơ ngắn mạch tính theo biểu thức : LS 1 Ar cot g 1,478 0,405 LS1 0,405 2 - Nghiệm thứ hai cho kết sau : t1 tg d S 0,4 0,195 0,832 0,05 dS2 Artg 0,832 0,111 d S 0,111 2 0,4 0,8321 0,4 x0,832 0,3 x0,832 1,468 Bin 0,3x0,832 1 0,4 x0,832 Chiều dài Slayphơ ngắn mạch tính theo biểu thức : LS Ar cot g 1,468 0,095 LS 0,095 2 So sánh hai phương pháp giải tốn đồ thị vòng Smit tính theo giải tích cho kết gần 3.4 a/ Giải nhờ sử dụng đồ thị vòng Smit bước tiến hành sau : - Xác định điểm biểu thị trở kháng tải chuẩn hoá (điểm D) đồ thị 100 i80 2 i1.6 , vẽ vòng tròn hệ số sóng đứng qua 50 vòng có giá trị : Z L điểm trở kháng tải chuẩn hoá cho giá trị Kd = 2,6 mơ tả hình 3.4 - Nối bán kính từ tâm đồ thị qua điểm D cắt vòng tròn lớn điểm D1 cho pha hệ số phản xạ tải d/λ = 0,208 - Xác định hai giao điểm M N hai vòng tròn Kd điện dẫn đơn vị cho hai vị trí cần mắc Slayphơ phối hợp Tại hai điểm ta nhận điện kháng chuẩn hố có giá trị tương ứng : X M 1,33 , X N 1,33 - Vậy từ điều kiện phối hợp ta nhận điện kháng vào chuẩn hoá Slayphơ phối hợp tương ứng hai điểm M N : X S M X M 1,33 , X S N X N 1,33 - Nối bán kính từ tâm đồ thị vòng tới hai điểm M N cắt vòng tròn lớn hai điểm M1 N1 tương ứng với pha hệ số phản xạ : d/λ(M1) = 0,172 d/ λ (N1) = 0,328 Từ địch chuyển vòng tròn lớn từ điểm D1 theo chiều nguồn đến hai điểm M1 N1 ta nhận khoản cách d từ điểm mắc Slayphơ đến tải tương ứng : d M 0,5 0,208 0,172 0,463 d N 0,328 0,208 0,120 - Vì Slayphơ phối hợp hở mạch đầu cuối, nên từ điểm hở mạch (điểm trở kháng vơ có pha 0,250 địch chuyển theo chiều nguồn tới điểm ghi giá trị điện kháng -1,33 1,33 vòng tròn lớn ta nhận chiều dài Slayphơ phối hợp tương ứng : LS(M) = (0,353 - 0,250)λ = 0,103λ LS(N) = (0,250 + 0,147)λ= 0,397λ - Vì tần số làm việc f = 2GHz, nên bước sóng có giá trị : λ =C/f = 0,15 m = 15 cm - kết toán thiết kế dùng Slayphơ hở mạch mắc nối tiếp với đường truyền cho nghiệm : d(M) = 0,463x15 = 6,945 cm , LS(M) = 0,103x15 = 1,545 cm d(N) = 0,120x15 = 1,80 cm , LS(N) = 0,397x15 = 5,955 cm b / Giải nhờ biểu thức tính giải tích tiến hành sau: - Trở kháng tải chuẩn hoá : 100 i80 Z L R L iX L 2 i1,6 50 - Nghiệm thứ toán : t1 tg d S X L X L2 A1 1 RL A1 , A1 RL RL 1 X L2 A1 21 2 1,6 4,56 1,6 1,6 4,561 2 1,6 7,12 t1 0,936 4,56 4,56 d S1 Artg 0,936 0,119 d S1 0,119 2 X in1 X L t1 1 X L t1 R L2 t1 R t 1 L X L t1 1,6 0,9361 1,6 x0,936 2 x0,936 1,334 x0,936 1 1,6 x0,936 Vậy chiều dài Slayphơ hở mạch đầu cuối tính theo biểu thức : LS 1 Ar cot g 1,334 0,3975 LS 0,3975 2 - Nghiệm thứ hai toán : 1,6 7,12 t tg d S 0,2346 4,65 dS2 Artg 0,2346 0,463 d S 0,463 2 1,6 0,23461 1,6 0,2346 2 0,2346 1,329 X in x 0,2346 1 1,6 0,2346 Vậy chiều dài Slayphơ hở mạch : LS Ar cot g 1,329 0,102 LS 0,102 2 So sánh kết hai cách giải tốn theo đồ thị vòng Smit theo biểu thức giải tích, chung cho kết trùng 3.5 + Để xác định dải tần biến áp, ta cần tính A sau : A 2 N Z L Z0 Z 1 50 N 1 ln L ln 0,0433 Z L Z0 Z0 100 Độ rộng dải tần tương đối biến áp tính theo biểu thức (3.6.1.11) : 1 f 2 Ar cos m f0 2 A 1/ N 0,05 1 / 2 Ar cos 0,70 70% 3,14 , 0433 + Các hệ số khai triển nhị thức : C 03 3! 3! 3! 1 ; C13 3 ; C 23 3 3!0! 2!1! 1!2! + Các giá trị trở sóng Zk đoạn biến áp tính theo biểu thức (3.6.1.10 ) : với k = ln Z ln Z N C 03 ln Z e 4,518 91,7 - Với k = ZL 50 ln 100 x1x ln 4,518 Z0 100 ln Z ln Z1 N C13 ln ZL 50 ln 91,7 x3 x ln 4,26 Z0 100 Z e 4, 26 70,7 - Với k = ln Z ln Z N C 23 ln ZL 50 ln 70,7 x3 x ln 4,00 Z0 100 Z e 4,00 54,5 - + Đối chiếu với số liệu cho bảng 3.6.1 với tỷ số trở sóng ZL/Z0 = nhận giá trị trở sóng đoạn biến áp theo thứ tự : Z1 = 91,7 Ω ; Z2 = 70,7 Ω ; Z3 = 54,5 Ω - 3.6 + Theo đề N = 3, nên sử dụng khai triển hệ số phản xạ biến áp theo dạng bậc ba đa thức Chebyshev (3.6.1.15c) ta có : cos 2e i 3 0 cos 3 1 cos Ae i 3 T3 cos m Vì A = Γm= 0,05, nên từ biểu thức (3.6.1.18) ta tính : 1 ln Z L / Z cos m ch Arch 2m N m 440 ,7 1 ln100 / 50 ch Arch 1,408 x0.05 3 + Từ biểu thức đa thức Chebyshev bậc cho biến số (cosθ /cosθm) ta nhận hệ số phản xạ riêng phần Γk đoạn biến áp sau 2 0 cos 3 1 cos A cos m cos 3 cos A cos m cos - với hệ số cos3θ ta có : 20 A cos m 0 0,0698 - với hệ số cosθ ta có: 21 3 Acos m cos m 1 0,1037 - Từ tính đối xứng hệ số phản xạ riêng biến áp đối xứng, nên ta có Γ3 = Γ0 = 0,0698 Γ2 = Γ1 = 0,1037 + Giá trị trở sóng đoạn biến áp tính theo biểu thức sau : -k=0: ln Z ln Z 20 ln 50 x0,0698 4,051 Z e 4, 051 57,5 -k=1: ln Z ln Z 21 ln 57,5 x0,1037 4,259 Z e 4, 259 70,7 -k=2: ln Z ln Z 22 ln 70,7 x0,1037 4,466 Z e 4, 466 87,0 + Độ rộng dải tần tương đối biến áp dạng đa thức Chebyshev : f 44 ,7 m 2 1,01 101% f0 180 ... CÁC BÀI TẬP CHƯƠNG MẠCH PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG SCT- TÍN CHỈ 3.1 a/ Tính theo cơng thức giải tích : - Vì theo điều kiện Z0 = 50 Ω > RL = 10 Ω nên ta áp dụng sơ đồ mạch phối hợp dạng chữ L có điện kháng. .. Slayphơ phối hợp Tại hai điểm ta nhận điện kháng chuẩn hố có giá trị tương ứng : X M 1,33 , X N 1,33 - Vậy từ điều kiện phối hợp ta nhận điện kháng vào chuẩn hoá Slayphơ phối hợp tương... giao điểm P1 P2 ta nhận trở kháng chuẩn hoá tương ứng : Z P1 0,77 i 0,42 , Z P2 0,77 i 0,42 Từ ta nhận giá trị điện kháng X mắc nối tiếp với trở tải mạch phối hợp cần chọn : X P1