9.1 Přizpůsobení impedancí

Podobné dokumenty
9 Impedanční přizpůsobení

Smithův diagram s parametrickými impedančními a admitančními parametry

SMITH CHART in the amateur radio practise

1. Zadání. 2. Teorie úlohy ID: Jméno: Jan Švec. Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení. Číslo úlohy: 7. Měřeno dne: 30.3.

3. Kmitočtové charakteristiky

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze.

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

Návrh úzkopásmového zesilovače

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Vektorové obvodové analyzátory

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

6. Střídavý proud Sinusových průběh

Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S /10

elektrické filtry Jiří Petržela filtry se syntetickými bloky

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

ELEKTROTECHNIKA 2 TEMATICKÉ OKRUHY

2.6. Vedení pro střídavý proud

Měření vlnové délky, impedance, návrh impedančního přizpůsobení

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Semestrální práce z předmětu X37CAD (CAD pro vysokofrekvenční techniku)

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_352

Základní otázky ke zkoušce A2B17EPV. České vysoké učení technické v Praze ID Fakulta elektrotechnická

6 Impedanční přizpůsobení

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Základní vztahy v elektrických

Obvodové prvky a jejich

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_351

VIZUALIZAČNÍ NÁSTROJ PRO PRÁCI SE SMITHOVÝM DIAGRAMEM

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

Jaký význam má kritický kmitočet vedení? - nejnižší kmitočet vlny, při kterém se vlna začíná šířit vedením.

I. STEJNOSMĚ RNÉ OBVODY

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Experiment s FM přijímačem TDA7000

U1, U2 vnější napětí dvojbranu I1, I2 vnější proudy dvojbranu

1. Měření parametrů koaxiálních napáječů

Czech Audio společnost pro rozvoj technických znalostí v oblasti audiotechniky IČ :

elektrické filtry Jiří Petržela všepropustné fázovací články, kmitočtové korektory

Studium tranzistorového zesilovače

Dvoupásmová anténa pro 160 a 80 m

Elektromagnetické pole, vlny a vedení (A2B17EPV) PŘEDNÁŠKY

Datum měření: , skupina: 9. v pondělí 13:30, klasifikace: Abstrakt

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Název: Téma: Autor: Číslo: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Základy elektrotechniky (ZELE)

Jak měřit Q rezonančního obvodu s VNA (Aprílové kibicování od OK5US ) 8/4/2013

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

Určení koncentrace plynů a par z rezonančních charakteristik interdigitálního systému T. Blecha 1 1

Pásmové filtry pro 144 a 432 MHz Tomáš Kavalír, OK1GTH

krátkovlnné drátové antény Matching Tunner for Short Waves Wired Antennas

Cvičení 11. B1B14ZEL1 / Základy elektrotechnického inženýrství

DIPLEXER FOR CONTEMPORARY OPERATION OF TWO MEDIUM-WAVE TRANSMITTERS INTO THE SHARED ANTENNAE

Fakulta biomedic ınsk eho inˇzen yrstv ı Teoretick a elektrotechnika Prof. Ing. Jan Uhl ıˇr, CSc. L eto 2017

ENERGETICKY OPTIMÁLNÍ NABÍJENÍ KAPACITORU

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah

dipól: tlustý bočníkově napájený dipól s bočníkem skládaný

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Smithův diagram. Vztah (5.4) se podstatně zjednoduší pro přenosová vedení konkrétní délky zakončená konkrétní impedancí.

Elektrotechnická zapojení

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

METODICKÝ LIST Z ELEKTROENERGETIKY PRO 3. ROČNÍK řešené příklady

Jednoduché rezonanční obvody

8. MOŽNOSTI PRO OMEZOVÁNÍ HARMONICKÝCH Úvod. Míra vlivu zařízení na napájecí síť Je dána zkratovým poměrem (zkratovým číslem)

výkon střídavého proudu, kompenzace jalového výkonu

Hrozba nebezpečných rezonancí v elektrických sítích. Ing. Jaroslav Pawlas ELCOM, a.s. Divize Realizace a inženýrink

Interakce ve výuce základů elektrotechniky

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_355

PŘELAĎOVÁNÍ AKTIVNÍCH FILTRŮ POMOCÍ NAPĚŤOVĚ ŘÍZENÝCH ZESILOVAČŮ

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně: Kurz operátorů 1 ANTÉNY A NAPÁJEČE. Kurz operátorů Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně 2016/2017

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Přenos pasivního dvojbranu RC

Impedanční děliče - příklady

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Rádiové funkční bloky X37RFB Krystalové filtry

Symbolicko - komplexní metoda II Sériové zapojení prvků R, L a C

Měření výkonu jednofázového proudu

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Přehled základních vztahů pro předmět Vysokofrekvenční a mikrovlnná technika

Přenosový kanál dvojbrany

Symetrizace 1f a 3f spotřebičů Symetrizace 1f a 3f spotřebičů

Základy elektrotechniky a výkonová elektrotechnika (ZEVE)

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

HARMONICKÝ USTÁLENÝ STAV - FÁZOR, IMPEDANCE

PSK1-15. Metalické vedení. Úvod

Laboratorní cvičení č.11

Návrh planární dolní propusti

Transkript:

9.1 Přizpůsobení impedancí Základní teorie Impedančním přizpůsobením rozumíme stav, při kterém v obvodu nedochází k odrazu vln a naopak dochází k maximálnímu přenosu energie ze zdroje do zátěže. Impedančním přizpůsobením rozumíme situaci, při níž činitelé odrazu zátěže a zdroje (generátoru) jsou komplexně sdruženy. Za této situace nedochází ke vzniku stojatého vlnění. Formulací "činitelé odrazu zátěže a zdroje" máme vlastně na mysli toto: rozdělíme-li přizpůsobený obvod myšlenou čarou či řezem na dvě části, pak nezávisle na poloze řezu platí, že koeficienty odrazu bran takto vzniklých jsou čísla navzájem komplexně sdružená. Tato situace platí při rozdělení obvodu řezem v kterémkoli místě a je znázorněna na následujícím obrázku: Obr. 9.1A.1 K přizpůsobení impedancí. Obvod impedančně přizpůsobený je zároveň v rezonanci. Podmínkou rezonance je totiž to, že imaginární části koeficientů odrazu zdroje a zátěže jsou stejně velké, ale opačného znaménka. Proti tomu podmínka impedančního přizpůsobení * Γ L = Γ S ( 9.1A.1 ) v sobě navíc zahrnuje i podmínku rovnosti reálných částí. Jelikož je impedančně přizpůsobený obvod v rezonanci, je možno dokonalého impedančního přizpůsobení dosáhnout jen na jedné nebo několika frekvencích, s vyjímkou případu obvodů čistě resistivních. Zatímco u rezonančních obvodů se zpravidla snažíme dosáhnout co největší jakosti a tím i selektivity, bývá u obvodů přizpůsobovacích zpravidla snahou dosažení co nejširšího pásma frekvencí, v němž je obvod dostatečně přizpůsoben. To bývá tím obtížnější, čím větší je poměr přizpůsobovaných impedancí a čím větší je jejich jalová složka. Přizpůsobení realizujeme pomocí přizpůsobovacích obvodů. Takových obvodů je celá řada, zde se budeme moci seznámit s několika základními z nich. Obr. 9.1A.2 Přizpůsobování. V následujícím výkladu budeme postupovat tak, že nejprve vyložíme základní myšlenky, na níchž je konstrukce jednoduchých přizpůsobovacích obvodů založena. Pak si několik takových obvodů ukážeme. Vzhledem k tomu, že jednotlivé části obvodu jsou zpravidla spojeny prostřednictvím vedení, nebudeme se zabývat problémem přizpůsobení dvou obecných (komplexních) impedancí, ale zjednodušíme jej na přizpůsobení komplexní impedance zátěže ke zdroji s reálnou impedancí (v praxi zpravidla 50, 75 nebo 300 Ω). Impedance, které lze přizpůsobit připojením jediné reaktance Při paralelním spojení dvou jednobranů se jejich výsledná admitance rovná součtu admitancí dílčích jednobranů. Proto lze paralelním připojením susceptance o velikosti shodné se susceptancí přizpůsobovaného obvodu, ale s opačným znaménkem, přizpůsobit takové admitance, které mají reálnou část admitance shodnou s admitancí zdroje. Ve Smithově diagramu tomu odpovídají všechny admitance, které se zobrazí na jednotkovou kružnici normované reálné části admitance, viz následující obrázek. Přitom zátěže kapacitního charakteru přizpůsobíme paralelelním připojením induktoru, zátěže induktivního charakteru přizpůsobíme paralelním připojením kapacitoru.

Obr. 9.1A.3 Přizpůsobení admitance 0,02+1,915j [S] ke zdroji o impedanci 50 ohmů paralelním připojením kapacitní susceptance (např. kapacitoru). Při seriovém spojení dvou jednobranů se jejich výsledná impedance rovná součtu impedancí dílčích jednobranů. Proto lze seriovým připojením reaktance o velikosti shodné se reaktancí přizpůsobovaného obvodu, ale s opačným znaménkem, přizpůsobit takové impedance, které mají reálnou část impedance shodnou s impedancí zdroje. Ve Smithově diagramu tomu odpovídají všechny impedance, které se zobrazí na jednotkovou kružnici normované reálné části impedance, viz následující obrázek. Přitom zátěže kapacitního charakteru přizpůsobíme paralelelním připojením induktoru, zátěže induktivního charakteru přizpůsobíme paralelním připojením kapacitoru. Obr. 9.1A.4 Přizpůsobení impedance, jejíž reálná složka je shodná s reálnou složkou impedance generátoru, seriovým připojením kapacitní reaktance (např. kapacitoru).

Využitím těchto dvou způsobů můžeme přizpůsobit celou řadu impedancí. Přizpůsobení ostatních impedancí I když je počet různých hodnot impedance, které již dokážeme přizpůsobit, nekonečný, stále zbývá ještě mnohem více takových impedancí, které dosud přizpůsobit nedokážeme. Pokud nalezneme nějaký způsob, kterým lze libovolnou impedanci zátěže převést na některou impedanci, které již přizpůsobovat dokážeme, dokážeme ji také přizpůsobit. To lze dokázat několika obraty. Transformace paralelním připojením susceptance. Předveďme si nyní, jak lze potřebnou transformaci provést pomocí soustředěných reaktancí. Mějme například přizpůsobit impedanci Z L = 100 Ω ke zdroji o impedanci Z g = 50 Ω. Můžeme to provést tak, že nejprve připojíme paralelně vhodnou induktivní susceptanci tak, že výsledná kombinace bude mít reálnou složku impedance rovnu impedanci generátoru, totiž 50 Ω. K impedanci Z L = 100 Ω jsme paralelně připojili induktivní susceptanci. Vzhledem k tomu, že mu, že jde o susceptanci, nemění se při paralelním připojení reálná část výsledné admitance, což můžeme ve Smithově diagramu znázornit tak, že se výsledná impedance posune po kružnici konstantní reálné části admitance (pravý oblouk červené barvy). Je třeba připojit susceptanci právě takové velikosti, aby tento posun sahal právě na jednotkovou kružnici normované reálné části impedance (v obrázku společný vrchol obou červených oblouků). Obr. 9.1A.5 Přizpůsobení LC obvodem.

Obr. 9.1A.6 Ve druhém kroku připojíme k paralelní kombinaci L1 a zátěže (zátěž není na obrázku zobrazena ve schematu, je připojena vlevo k bráně 1) do seri abychom vykompenzovali imaginární složku impedance této kombinace. Transformace seriovým připojením reaktance Obdobně můžeme seriovým připojením reaktance transformovat admitanci zátěže tak, že její reálná část se bude shodovat s (reálnou) admitancí generátoru. Takovou admitanci pak můžeme přizpůsobit již známým způsobem. Předveďme si tento postup opět ve Smithově diagramu: Obr. 9.1A.7 Přizpůsobení impedance, prvý prvek obvodu (induktivní reaktance) připojen do serie s přizpůsobovanou zátěží. Hodnota této reaktance je taková, hodnotu zátěže na jednotkovou kružnici reálné části normované vodivosti. Ve druhém kroku připojíme paralelně kapacitní susceptanci a tím dosáh přizpůsobení.

Obr. 9.1A.8 Přizpůsobení zátěže. K přizpůsobení využity dva prvky kapacitního charakteru. Prvý zapojen do serie, druhý paralelně. Obr. 9.1A.9 Stejná zátěž jako na obr. 7.1A.8 přizpůsobena tentokráte kombinací CL. Transformace úsekem vedení Další metodou, která umožňuje "posunout" přizpůsobovanou impedanci na příslušnou jednotkovou kružnici, je transformace přes úsek vedení připojený kaskádně k zátěži. Taková impedance probíhá po kružnici se středem shodným se středem diagramu. Příklad přizpůsobení impedance dvěma způsoby naleznete na obr. 7.1A.10 a 7.1A.11

Obr. 9.1A.10 Přizpůsobení impedance pomocí úseků vedení. Obr. 9.1A.11 Přizpůsobení impedance pomocí úseků vedení. Přizpůsobovací obvody se soustředěnými parametry Libovolnou zátěž lze (na jedné frekvenci) impedančně přizpůsobit pomocí dvou součástek se soustředěnými parametry (reaktancí). Jednoduché půlčlánky vybíráme dle následující tabulky, v níž je vždy vyšrafováním ve Smithově diagramu označena oblast impedancí, pro kterou je to které zapojení vhodné. Z tabulky je zřejmé, že normované impedance, jejichž reálná část je menší nebo rovna 1, a normované admitance, jejichž reálná část je menší nebo rovna 1, lze přizpůsobit dvěma způsoby.

Ostatní impedance pak lze přizpůsobit čtyřmi způsoby. Při návrhu přizpůsobovacího obvodu vybíráme z možných řešení to, které lze realizovat (indukčnosti pod 1 nh a kapacity pod 1 pf jsou realizovatelné jen se značnými obtížemi a zpravidla mají velmi malý činitel jakosti) má vhodnou šířku pásma přizpůsobovaná impedance neleží na hranici oblasti, pro kterou lze daný obvod použít, ani v její blízkosti. Malá změna hodnoty přizpůsobované impedance by pak totiž mohla vést k nutnosti změnit zapojení. splňuje další funkce - tak např. obvody A, C, F a H poskytují stejnosměrné oddělení zátěže; obvod D stejnosměrně spojuje signálový vodič se zemí z obou stran; obvody A a F mají charakter horní propusti; obvody B a E mají charakter dolní propusti Tab. 9.1A.1 Přizpůsobovací obvody. V tabulce 7.1A.1 je vždy Z 0 impedancí napájecího vedení, zatímco Z L je impedance přizpůsobované zátěže. Pro návrh obvodů uvedených v této tabulce lze využít interaktivní Smithův diagram. Příklad přizpůsobení lze spatřit na následujících dvou obrázcích, další příklady si čtenář může vyzkoušet snadno sám.

Obr. 9.1A.12 Přizpůsobení impedance pomocí soustředěných reaktancí. Reaktance ve Smithově diagramu vyznačena křížkem. Copyright 2010 FEEC VUT Brno All rights reserved.

Obr. 9.1A.13 Navržený přizpůsobovací obvod. Pokud bychom obvod navrhovali bez využití CAD, použili bychom nejspíše "papírovou" verzi diagramu, kterou lze ve formátu Adobe Acrobat (PDF) získat zde.