Cú nhiều mạch phối hợp cú thể được sử dụng cho phối hợp trở khỏng và ghộp nối, và cũng cú chức năng lọc nhất định ( thường là một dạng lọc thụng thấp) giữa cỏc tầng tần số vụ tuyến. Cỏc mạch phối hợp cho phộp cụng suất tớn hiệu lớn nhất được truyền đạt và suy giảm cỏc súng hài cho phộp giữa cỏc tầng. Để phối hợp trở khỏng, cú cỏc phương phỏp được
ZA (jω) 2 1 Mạch phối hợp Rt 1 2 Z1 (jω)=Rt Z2 (jω)= Z* A(jω)
sử dụng là dựng cỏc mạng phối hợp với cỏc phần tử thụ động L,C hay phối hợp bằng biến ỏp.
Sử dụng một trong cỏc dạng khỏc nhau của những mạng LC trong một mạch phối hợp thỡ kinh tế hơn nhiều, cho phộp thực hiện từ dải tần số thấp cho đến dải VHF.
Một trong số dạng mạch phối hợp LC chung nhất, đặc biệt là cho việc phối hợp trở khỏng băng hẹp, là mạch phối hợp hỡnh г. Nú cũng cú thể làm một mạch lọc thụng thấp hay thụng cao cho việc làm giảm súng hài ở đầu ra. Mạch hỡnh Ґ dạng thụng thấp như hỡnh 2.5 cú khả năng phối hợp một trở khỏng nguồn đầu ra cao với một trở khỏng tải đầu vào thấp.
Hỡnh 2.5 Mạch hỡnh Ґ phối hợp một trở khỏng ra cao với một trở khỏng vào thấp
Cũn mạch phối hợp hỡnh Ґ dạng thụng thấp như hỡnh 2.6 thỡ phối hợp một trở khỏng nguồn đầu ra thấp với một trở khỏng tải đầu vào lớn.
Hỡnh 2.6 Mạch hỡnh Ґ phối hợp một trở khỏng ra thấp với một trở khỏng vào cao
Tuy nhiờn, đặc tớnh dải thụng của mạch phối hợp hỡnh Ґ thỡ tương đối hẹp và độ bằng phẳng kộm, do đú sẽ gõy tiờu hao lớn cho một mạch
khuếch đại cụng suất dải rộng với băng thụng lớn. Do vậy, nú khụng được lựa chọn mà phạm vi ứng dụng của nú chỉ trong một số mạch nhất định.
Mạch phối hợp hỡnh T là một dạng mạch phối hợp trở khỏng phổ biến khỏc (như hỡnh 2.7), nú cú thể được sử dụng cho việc phối hợp với hầu hết cỏc mức trở khỏng giữa cỏc tầng, tớnh toỏn đơn giản do cú nền tảng lý thuyết vững chắc. Sử dụng cỏc mạch này cho phối hợp trở khỏng thỡ cụng việc thiết kế sẽ giảm đỏng kể khối lượng tớnh toỏn tham số mạch. Với dải thụng và độ đồng đều tốt hơn so với cỏc mạch hỡnh Ґ nờn nú cú thể ứng dụng được trong cỏc mạch khuếch đại cụng suất dải rộng.
Hỡnh 2.7 Mạch phối trở khỏng hỡnh T
Cỏc mạch phối hợp hỡnh PI cũng được lựa chọn với lý do như cỏc mạch phối hợp hỡnh T, và cú thể được sử dụng rộng rói trong tất cả cỏc dạng mạch ứng dụng. Mạch hỡnh PI và dạng tương đương của nú được thể hiện như hỡnh 2.8. Bằng cỏch thay đổi tỉ số giữa cỏc điện dung C1 và C2 thỡ trở khỏng đầu ra của nguồn cú thể được phối hợp với tải, đồng thời làm giảm cỏc hài đầu ra.
Hỡnh 2.8 (a) Mạch phối hợp trở khỏng hỡnh PI (b) Mạch tương đương
Sự phối hợp trở khỏng trong dải rộng nhiều octave hầu hết chỉ sử dụng với biến ỏp. Thụng thường, cỏc tỉ lệ biến đổi trở khỏng bằng biến ỏp là những số nguyờn 1:1, 1:4, 1:9 ... Những tỉ số biến đổi khỏc cũng cú thể thực hiện được, nhưng sẽ trở nờn phức tạp, và ở một số dải thụng sẽ dẫn tới tiờu hao vỡ điện cảm rũ là kết quả của nhiều kết nối yờu cầu trong thiết kế biến ỏp. Trong trường hợp này, với biến ỏp đầu vào, những tổn thất sẽ dẫn đến làm giảm lượng tăng ớch, tăng tiờu hao do phản hồi, và tăng VSWR, trong khi đú biến ỏp đầu ra sẽ giảm hiệu suất, độ tin cậy giảm, và độ đồng đều lượng tăng ớch trong dải tần kộm. Cũng cú thể dựng cỏc mạch RLC đưa vào giữa đầu vào tầng khuếch đại và biến ỏp phối hợp để làm đồng đều độ tăng ớch trong băng tần, trong khi ở đầu ra thỡ thường khụng thực hiện vỡ sẽ gõy tiờu hao lớn do dũng tiờu thụ của tầng khuếch đại cụng suất là rất lớn.
Sử dụng những mạch bự này cựng với mạch hồi tiếp õm cú thể cho phộp thiết kế cỏc bộ khuếch đại cụng suất từ băng tần thấp cho đến dải VHF, thậm chớ là UHF. Trở khỏng ra thỡ biến đổi ớt hơn nhiều theo tần số so với trở khỏng vào. Đụi khi, một giỏ trị điện cảm nhỏ giữa đầu ra tầng khuếch đại và biến ỏp sẽ cải thiện đỏng kể hiệu suất tại những tần số cao của dải tần cụng tỏc do cú sự bự với điện dung đầu ra của tầng khuếch đại.
Một biến ỏp dải rộng thường thực hiện một hay nhiều cỏc chức năng sau:
* Phối hợp trở khỏng.
* Biến đổi từ cõn bằng thành khụng cõn bằng. * Đảo pha.
Để đảm bảo cụng tỏc ở chế độ AB hay B thường sử dụng sơ đồ khuếch đại đẩy kộo dải rộng, tải là biến ỏp được ghộp với cỏc bộ lọc cộng hưởng hay bộ lọc dải (khuếch đại dải rộng là trở khỏng của tải ớt phụ thuộc vào tần số ). Đối với tầng khuếch đại cụng suất dải rộng, chỉ sử dụng tải là biến ỏp.
Biến ỏp dải rộng cú thể sử dụng cho bộ khuếch đại cụng suất cú cụng suất ra từ dưới 1W cho đến hàng trăm W. Đối với cụng suất lớn hơn, người ta sử dụng phương phỏp cộng cụng suất.
Trở khỏng vào và trở khỏng ra của biến ỏp từ hàng ụm đến hàng trăm ụm, phụ thuộc vào độ từ thẩm của lừi, kớch thước và độ dài của dõy quấn trong biến ỏp.
Hệ số truyền của biến ỏp: U R V U K U = . Hiệu suất cú thể đạt 90 – 98℅. Sơ đồ tương đương của biến ỏp:
r1 C r2 C2 L1 L2 Ls1 Ls2 C1
Hỡnh 2.9 Sơ đồ tương đương của biến ỏp
Trong đú: – C1, C2: điện dung giữa cỏc vũng dõy;
– r1, r2: trở khỏng của cỏc cuộn dõy; – LS1, LS2: điện cảm do hỗ cảm sinh ra; – L1, L2 : điện cảm của cỏc cuộn dõy; – C: điện dung ghộp giữa hai cuộn.
Để tớnh số vũng của biến ỏp, cú rất nhiều cụng thức cú thể ứng dụng tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Vớ dụ cho trường hợp thiết kế dải rộng, thường mắc biến ỏp với điện trở để mở rộng dải thụng, thỡ ta cú thể tớnh theo cụng thức sau: ( ) ( ) 1600 1 2 w = 1 2 H R D D h à f D D ì ì + ì ì ì −
Trong đú: – w: số vũng;
– R: điện trở nối vào biến ỏp, [Ω];
– 1, 2D D : đường kớnh trong và đường kớnh ngoài của lừi pherit [mm];
– h: chiều cao của lừi pherit [mm];
– fH: tần số giới hạn dưới của dải tần cụng tỏc [MHz];
– à: hệ số từ thẩm.
Từ cụng thức trờn, ta thấy: w phụ thuộc hệ số từ thẩm μ, do đú ta nờn chọn pherit sao cho biến ỏp cú số vũng nhỏ (để điện trở r1, r2 nhỏ) nờn cần chọn lừi pherit cú μlớn, và kớch thước lớn để giảm số vũng, đồng thời cụng suất tiờu tỏn trờn pherit là nhỏ (toả nhiệt nhanh). Trong cỏc ứng dụng cho phối hợp thỡ quan tõm chủ yếu tới trở khỏng hơn là điện ỏp hay dũng của biến ỏp.
Một vài dạng lừi từ được yờu cầu cho mở rộng dải tần tại vựng tần thấp, hoặc lừi sắt hay lừi pherit cú thể chấp nhận được phụ thuộc vào dải tần số cụng tỏc. Dạng pherit là phổ biến nhất, cú hai dạng cơ bản: dạng Mangan – Niken cú độ từ thẩm μ cao và thường được sử dụng trong cỏc ứng dụng tần thấp, trong khi đú dạng Niken - kẽm thỡ thường ứng dụng cho cỏc thiết kế cú tần số cụng tỏc lớn do cú tiờu hao ở vựng tần số cao ớt hơn. Cụng thức tớnh mật độ thụng lượng lớn nhất của lừi pherit được cho bởi:
( ) 2
ax ax / 2 10
m m
B =V π fAn ì
Trong đú: – Bmax là mật độ thụng lượng cực đại [gauss];
– Vmax là điện ỏp lớn nhất qua cuộn [V];
– f là tần số cụng tỏc [MHz];
–A là diện tớch thiết diện ngang của cuộn [cm2]; – n = số vũng.
Với cỏc biến ỏp cao tần, hoặc cuộn sơ cấp hoặc cuộn thứ cấp cú thể được sử dụng cho tớnh toỏn Bmax, nhưng thụng thường sử dụng trở khỏng
50Ω làm chuẩn. Khi đú Vmax= 2ì ìP R, trong đú P = mức cụng suất cao tần và R = trở khỏng (50Ω). Vớ dụ: nếu Vmax = 50V, f = 2MHz, A = 1cm2 , và n = 4, thỡ Bmax = 50 / 50 2 10ì ì 2 =99.6 aussg .
* Bmax bằng 40 tới 60 gauss trờn 1cm2 tiết diện ngang cho pherit cú μ =400 đến 800.
* Bmax bằng 60 đến 90 gauss trờn 1cm2 tiết dện ngang của pherit cú μ = 100 đến 400.
* Bmax bằng90 đến 120 gauss trờn 1cm2 tiết diện ngang của pherit cú μ < 100.
Pherit cú từ thẩm thấp cú điện trở khối cao hơn là pherit cú độ từ thẩm cao, điều này cú nghĩa là mất mỏt do dũng phuco sinh ra lớn hơn. Cỏc pherit cú độ từ thẩm cao, mặc dự cú mật độ thụng lượng bóo hoà cao hơn là cỏc lừi cú độ từ thẩm thấp, nờn cũng dễ dàng bóo hoà hơn . Một lý do cho điều này là cỏc lừi cú độ từ thẩm cao yờu cầu số vũng nhỏ hơn so với lừi cú độ từ thẩm thấp nhằm tối thiểu điện cảm sinh ra, là đại lượng vốn là ẩn số mà ta khụng thể xỏc định chớnh xỏc được. Như vậy, việc lựa chọn thớch hợp pherit với độ từ thẩm đủ lớn tương ứng với số vũng của nú cho phộp khử bỏ được điện dung giữa cỏc vũng dõy trong cuộn của biến ỏp tại những tần số cao.
Mặc dự với dải thụng trong khoảng 1 đến 2 octave cú thể thực hiện phối hợp bằng cỏc mạch ghộp LC kết hợp với đường hồi tiếp õm..v.v. nhưng cỏc biến ỏp dải rộng thường được sử dụng nhiều hơn trong tất cả cỏc thiết kế bộ khuếch đại cụng suất. Do bất kỳ mạch phối hợp trở khỏng dải rộng nào cũng dẫn đến những tiờu hao nhất định trong mạch khuếch đại, nhất là ở đầu ra thỡ lượng tiờu hao là đỏng kể do dũng lớn. So với cỏc mạch LC thỡ phối hợp bằng biến ỏp cho hiệu suất cao hơn rất nhiều, tuy nhiờn trong tớnh toỏn thiết kế sẽ phức tạp hơn do tỉ lệ biến ỏp thường khụng nguyờn. Với
thiết kế điện đài súng ngắn – cụng suất nhỏ dải tần súng ngắn từ (1.5 – 12)MHz dựng cho cấp chiến thuật, yờu cầu hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng nờn giải phỏp thực hiện cho mạch phối hợp vào ra là chỉ sử dụng biến ỏp dải rộng. Mặc dự việc kết hợp với cỏc mạch LC cho phộp đơn giản trong tớnh toỏn và giải phỏp thực hiện dễ dàng hơn, song để bảo đảm cho bộ khuếch đại cú hiệu suất cao nhất thỡ phương ỏn này vẫn khụng được sử dụng.