L形匹配电路是最简单的集总元件匹配电路,只有两个元件,成本最低,性能可靠。具体的电路结构选择有一定的规律可循。以下按照输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻或任意阻抗两种情况介绍设计方法。
1.输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻
L形匹配电路的设计步骤如下:
步骤一:确定工作频率fc、输入阻抗Rs及输出阻抗RL。这三个基本参数由设计任务给出。
步骤二:在如图3.5(a)所示的L形匹配电路中,将构成匹配电路的两个元件分别与输入阻抗Rs和输出阻抗RL结合。当电路匹配时,由共轭匹配条件可以推得
图3.5 L形匹配电路的两种形式
步骤三:判别Rs<RL或Rs>RL。
(1)Rs<RL,如图3.5(a)所示:
(2)Rs>RL,如图3.5(b)所示:
步骤四:若Rs<RL,如图3.6所示,选择Ls-Cp低通式或Cs-Lp高通式电路。根据下列公式计算出电路所需电感及电容值:
(1)Ls-Cp低通式:
(2)Cs-Lp高通式:
图3.6 的L形匹配电路
步骤五:若Rs>RL,如图3.7所示,Cp-Ls低通式或Ls-Cp高通式电路。按下列公式计算出电路所需电感及电容值:
(1)Cp-Ls低通式:
(2)Ls-Cp高通式:
图3.7 的L形匹配电路
2.输入阻抗和输出阻抗不为纯电阻
如果输入阻抗和输出阻抗不是纯电阻,而是复数阻抗,处理的方法是只考虑电阻部分,按照上述方法计算L形匹配电路中的电容和电感值,再扣除两端的虚数部分,就可得到实际的匹配电路参数。
3.关于L形匹配电路的其他说明
L形匹配电路的用途广泛,技术成熟。
(1)设计方法(www.daowen.com)
L形匹配电路的设计计算还可以使用下面两种方法:
①解析法求元件值。按照电路级联的方法求出负载和匹配元件组合等效负载阻抗的表达式,与信号源阻抗共轭相等,即实部和虚部分别相等,这样可以列出两个方程,求出两个未知数,也就得到了两个元件值。缺点是比较复杂,易出差错,要事先给出合适的拓扑结构,实施起来比较困难。
②Smith圆图法求元件值。
步骤一:计算源阻抗和负载阻抗的归一化值。
步骤二:在圆图上找出源阻抗点,画出过该点的等电阻圆和等电导圆。
步骤三:在圆图上找出负载阻抗的共轭点,画出过该点的等电阻圆和等电导圆。
步骤四:找出步骤二、三所画圆的交点,交点的个数就是可能的匹配电路拓扑个数。
步骤五:分别把源阻抗、负载阻抗沿相应的等反射系数圆移到步骤四的同一交点。两次移动的电抗(纳)或电纳(抗)变化就是所求电感或电容盼电抗或电纳。
步骤六:由工作频率计算出电感电容的实际值。
(2)电路拓扑
L形匹配电路的两个元件的连接方式共有八种可能。由前面可以看出,拓扑结构的选择有其规律性。选择不当,无法实现匹配功能,也就是说,圆图中找不到交点。而对于任意一对要实现匹配的信号源和负载,至少有两个以上的拓扑可选,即八个拓扑结构中总是可以找到合适的匹配电路形式。两个以上的拓扑中如何选定最合适的一个,要考虑的因素是:元件的标称值,元件方便得到;电感、电容组合就会有频率特性,即带通或高通特性,要考虑匹配电路所处系统的工作频率和其他指标,如有源电路中的谐波或交调等;与周边电路的结构有关,如直流偏置的方便、电路尺寸布局的许可等。
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