Tính toán thiết kế phối hợp trở kháng cho các mạch cộng hưởng - Công ty TNHH Tam Hùng

Tính toán thiết kế phối hợp trở kháng cho các mạch cộng hưởng

Thứ bảy - 26/01/2013 06:26
Ngày nay, phần lớn người ta thường sử dụng các Mạch Cộng hưởng cũng như Phối kháng bằng Thạch anh rất gọn nhẹ và đơn giản về mặt cấu trúc của Thiết bị cũng như rất tin cậy về Chất lượng Tín hiệu. Tuy nhiên, các Bộ Cộng hưởng và Phối kháng Thạch anh chỉ được sử dụng cho các Khối Cộng hưởng Tín hiệu Công suất nhỏ (tức là chỉ được sử dụng đối với các Bộ lọc Băng thông hoặc đơn hưởng Tín hiệu bé) còn đối với Công suất lớn thì người ta vẫn phải sử dụng các Khung Cộng hưởng L-C-R truyền thống.

Vì vậy, trong bài viết này giới thiệu những bí quyết cơ bản trong việc tính toán và thiết kế các Khung Cộng hưởng - Phối kháng bằng các phần tử Cảm kháng L, Dung kháng C và điện trở thuần R thông qua các Công thức Thực nghiệm như dưới đây.
Trước hết, có hai loại Mạch Cộng hưởng chính đó là Cộng hưởng song song như Mạch L1C1 và Cộng hưởng nối tiếp như Mạch L2C2 được mô tả ở hình bên đây.
Bằng Lý thuyết, hoàn toàn dễ dàng chứng minh được rằng khi có một Tần số f trùng với Tần số Cộng hưởng đi qua Khung Cộng hưởng thì với Khung cộng hưởng song song sẽ có Trở kháng bằng vô cùng, và nếu đi qua Mạch cộng hưởng nối tiếp thì Trở kháng bằng 0.
Trong lúc các Mạch ra/vào của các Khung cộng hưởng này sẽ là các Mạch khuyếch đại đều có Trở kháng vào hoặc ra xác định.

Để đảm bảo độ tin cậy cũng như đạt hiệu suất khuyếch đại tối đa thì cần phải làm sao để Trở kháng vào của Khung cộng hưởng bằng đúng Trở kháng ra của Mạch trước nó (tức là đưa Tín hiệu Input vào cho Khung Cộng hưởng) và ở Output của Khung Cộng hưởng cũng phải có Trở kháng đúng bằng Trở kháng vào của Mạch phía sau nó. Đó chính là điều kiện Phối hợp Trở kháng vào ra giữa các Mạch Cộng hưởng với các Mạch khuyếch đại.
Nếu không phối hợp được Trở kháng thì trước tiên nó sẽ xảy ra sự sai lệch Phase của Tín hiệu và dẫn đến méo Biên độ của Tín hiệu cũng như sẽ sinh ra các Hài bậc cao và gây nhiễu loạn cho Hệ thống nhất là nếu Khung Cộng hưởng này được sử dụng cho các Tín hiệu có Công suất lớn... Chính vì thế cần phải có những giải pháp để làm cho Trở kháng của các Khung Cộng hưởng này phối hợp được với các Mạch vào/ra với chúng như dưới đây:


1./.  Khung Cộng hưởng Song song
Để phối hợp được trở kháng của Khung cộng hưởng song song với các Mạch vào/ra giữa chúng, người ta nghĩ ra ý tưởng sử dụng Biến áp thay cho cuộn L trong Mạch Cộng hưởng sao cho Cuộn sở cấp phối hợp được Trở kháng với lối ra của Mạch trước và Cuộn thứ cấp sẽ phối hợp được Trở kháng với lối vào của Mạch sau như hình bên.
Giải pháp nghe chừng rất khả thi nhưng thực tế vẫn không thỏa mãn được các điều kiện Phối hợp Trở kháng vào/ra giữa các mạch với Khung Cộng hưởng vì thực tế nếu Trở kháng của Khung Cộng hưởng bằng vô cùng khi Tần số tín hiệu trùng với Tần số Cộng hưởng của Khung Cộng hưởng thì Trở kháng của Khung Công hưởng được tạo bởi cuộn sơ cấp Biến áp T1 với C1 vẫn bằng vô cùng (lúc này người ta gọi đó là Mạch Cộng hưởng nhọn hay còn gọi là Mạch Đơn hưởng vì tại đúng Tần số Cộng hưởng thì Trở kháng của mạch bằng vô cùng nhưng với các Tần số khác thì Trở kháng suy giảm rất mạnh) cho nên Trở kháng của mạch vào được xác định bởi điểm Input được trích từ vị trí nào trên Cuộn sơ cấp cũng bằng vô cùng và vì thế trở Kháng Output trên Cuộn Thứ cấp của Biến áp T1 cũng bằng vô cùng.

Tuy nhiên, có một điều rất đặc biệt là với bất kỳ Kỹ thuật Điều chế Tín hiệu nào dù là Điều Biên AM hay Điều Tần FM hoặc Điều Xung PM...  thì Tín hiệu sau khi đã được điều chế luôn có một Phổ Tần (Băng thông - Bandwidth BW) xác định cho nên người ta không thể sử dụng các Mạch Cộng hưởng nhọn như nói trên để chọn lọc Tín hiệu mà bắt buộc phải thêm một Điện trở R1 vào trong Khung Cộng hưởng để làm giảm Hệ số Phẩm chất Q của Mạch Cộng hưởng nói trên thì mới có thể chọn lọc được toàn bộ Dải thông của Tín hiệu mong muốn.
Điều kỳ diệu đã xảy ra sau khi thêm Điện trở R1 vào Mạch cộng hưởng vì lúc này Tổng kháng toàn Mạch Cộng hưởng L1-C1-R1 (trong đó L1 là Cuộn sơ cấp của Biến áp) sẽ đúng bằng giá trị của Điện trở R1 và vì thế Trở kháng của Cuộn sơ cấp L1 sẽ được xác định tương đương bằng R1 cũng như nếu toàn bộ Cuộn sơ cấp L1 của Biến áp T1 có n vòng dây thì Vật lý Điện - Từ cũng đã chứng minh rằng Trở kháng của Cuộn dây tỷ lệ với bình phương của n vòng dây.
Vì thế, đến đây đã lóe ra một giải pháp vô cùng đơn giản để xác định Trở kháng vào cho Cuộn Sơ cấp được định từ điểm Input với điểm vào Vcc thông qua Hệ thức đơn giản dưới đây (bỏ qua Dung kháng ký sinh giữa các vòng dây của Cuộn Sơ cấp):
 

Trong đó, ZInput là Trở kháng vào được xác định tại điểm Input của Cuộn sơ cấp với điểm vào Vcc cũng của Cuộn Sơ cấp của Biến áp T1 và ZOutput là Trở kháng ra của Cuộn thứ cấp để phối kháng với mạch phía sau nó. n, nInput và nOutput lần lượt là số vòng dây của các cuộn dây tương ứng.


.

Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Lưu ý: Các bài viết trên in lại các trang web hoặc các nguồn phương tiện truyền thông khác không xác định nguồn http://tri-heros.net là vi phạm bản quyền

Tổng số điểm của bài viết là: 10 trong 3 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
Từ khóa: ngày nay, phần lớn, người ta, sử dụng, thạch anh, thiết bị, tin cậy, tín hiệu, tuy nhiên, tức là

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn