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Escalado de resistencias de carga para BPF Chebyshev de orden par

Necesito diseñar un BPF Chebyshev de orden par para mi tarea. ¿Puedo saber cómo escalar el valor de mi resistencia de carga si la impedancia de mi fuente es de 50 ohmios? ¿Debo multiplicar la impedancia de la fuente por el valor de la última columna de la tabla para obtener la impedancia de carga?

Cualquier ayuda es muy apreciada.

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Edita: El filtro está diseñado con una resistencia de carga igual al valor sugerido por @a concerned citizen. He ejecutado la simulación y tratar de ver la diferencia entre 67,75 ohmios de carga y 50 ohmios de carga, pero no ver una diferencia significativa. Además, si no hay una diferencia significativa entre la carga de 67,75 ohmios y la de 50 ohmios, ¿por qué no utilizamos simplemente una carga de 50 ohmios? La carga de 50 ohmios también puede ofrecer una impedancia igualada.

Adjuntamos el diagrama esquemático y el resultado de la simulación: schematic diagram simulation result

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dumfries Puntos 1

No te lo puedo decir exactamente basándome en la tabla que muestras porque no hay información adjunta (y creo que no es para la carga, más bien para los multiplicadores de todos los elementos de la escalera al construir un filtro normal), pero puedes usar directamente la fórmula para eso:

$$Z_{out}=\dfrac{Z_{in}}{\tanh\left[\dfrac{1}{2}\mathrm{asinh}\left(\dfrac{1}{\varepsilon_p}\right)\right]^2} \tag{1}$$

Esta condición es válida independientemente del orden del filtro, por lo que para una carga fuente de 50 Ω y un rizado de 0,1 dB, habrá que calcular la carga como:

$$\begin{align} \epsilon_p&=\sqrt{10^{A_p/10}-1}\approx 0.153 \tag{2}\\ Z_{out}&=\dfrac{50}{\tanh\left[\dfrac12\mathrm{asinh}\left(\dfrac{1}{0.153}\right)\right]^2}\approx 67.77\;\Omega \tag{3} \end{align}$$

Esto ocurre cuando el primer elemento de la escalera es en serie; cuando es en derivación, \$Z_{in}\$ tendrá que multiplicarse, no dividirse.

Tenga en cuenta que utilizar una carga superior a ésta no provocará explosiones, simplemente distorsionará la respuesta. Para mostrar lo que ocurre, he aquí un barrido para órdenes de 2 a 7 (tomado de esta entrada ) cuando se cumple la condición (misma resistencia de carga para todos los pedidos):

match

...frente a las mismas cargas tanto para la entrada como para la salida:

no match


Para ser más claros, \$Z_{in}\$ puede dividirse o multiplicarse por el coeficiente \$k\$ dar \$Z_{out}\$ pero, por ejemplo, cuando el primer elemento es un inductor en serie y \$Z_{in}\$ se multiplica por \$k\$ entonces la respuesta seguirá siendo Chebyshev, pero más atenuada. Por lo tanto, no tiene sentido utilizar la multiplicación para el elemento en serie, a menos que se desee más atenuación. Así es como se ve un Chebyshev de 4º orden con 0,1 dB de ondulación cuando se divide la impedancia de salida, o se multiplica por el valor de la impedancia de entrada, 50 Ω:

divmult

El trazo negro es con 67,77 Ω y el azul con 36,89 Ω.



Si haces zoom en la banda pasante te darás cuenta de que los dos casos que muestras son diferentes. Pero eso no es todo: lo que hiciste fue calcular el filtro para los valores determinados de las impedancias de E/S, pero luego probaste los dos casos con diferente cargas sin adaptar los valores LC del filtro -- no es el enfoque recomendado. Vayamos de uno en uno.

En primer lugar, el paso banda se deriva del paso bajo y, como se ha mostrado anteriormente, la respuesta en frecuencia para un LP Chebyshev de orden par no comienza en \$1\$ pero en \$1-\delta_p\$ (donde \$1\$ es relativo a la entrada). Como se trata de un filtro pasivo, la salida vendrá dictada por el divisor resistivo formado por las impedancias de E/S. Si éstas son iguales, entonces la salida será la mitad. Pero como el Chebyshev de orden par tiene que empezar en \$1-\delta_p\$ significa que hay una imposibilidad física en tener tanto una respuesta Chebyshev como cargas igualmente terminadas. Esta es la razón por la que para los filtros de orden par \$\varepsilon_p\$ y se deriva de la condición de la amplitud máxima:

$$A_{max}\le 20\log_{10}\left(\dfrac{R_S+R_L}{2\sqrt{R_SR_L}}\right) \tag{4}$$

Considera cumplida la condición, entonces:

$$\begin{align} 10^{A_p/20}&=\dfrac{R_S+R_L}{2\sqrt{R_SR_L}} &\Rightarrow \\ 0&=(R_S+R_L)^2-4R_SR_L10^{A_p/10}& \\ R_{L_{1,2}}&=R_S\left[-1\pm 2\left(\sqrt{10^{A_p/5}-10^{A_p/10}}+10^{A_p/10}\right)\right] \tag{5} \end{align}$$

Gente mucho más inteligente que yo pudo ver la inclusión de (2) en (5), así como equivalencias trigonométricas que llevan a (3), pero lo importante es que los resultados son los mismos (las decrecientes son tanh() y -1-(...) mientras que los crecientes son 1/tanh() y -1+(...) ):

same

Ahora bien, esto es para el LP, pero el BP se deriva de él considerando \$f_p\$ para ser el centro de la BP. Si eso no parece intuitivo, considere que un PA es un LP+HP. Por lo tanto, las mismas consideraciones se aplican a \$f_c\$ en una BP como lo hacen para \$f_p\$ en un LP.

En segundo lugar, como sabes, un filtro pasivo tiene el inconveniente de que las impedancias de E/S influyen en los elementos, así como los elementos, entre sí. Por lo tanto, la metodología correcta de diseño de un filtro es mediante la inclusión de las impedancias de E / S siempre . Lo que hiciste fue calcular el filtro con ciertos valores para la E/S, luego cambiaste la carga pero usaste el mismo filtro calculado. Desde un aspecto práctico, que puede ser aceptable para un cierto rango (tolerancias & co), cerca de los valores calculados, pero no es una buena práctica.

Así pues, considerando los dos puntos anteriores, he aquí las respuestas en frecuencia para dos filtros Chebyshev de 8º orden con 0,1 dB en la banda pasante, uno diseñado para 50 Ω de entrada y 50/k Ω de salida (trazas negras), y el otro diseñado para valores de 50 Ω igualmente terminados (trazas azules). Las cargas para ambos filtros son las mismas 50/k Ω, donde k está escalonado entre estos valores:

.step param x list 0.73781, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.35536

step

He desplazado la respuesta del 2º filtro para mejorar la visibilidad. El trazo superior de los trazos negro y azul corresponden a los valores primero y último, respectivamente, de los filtros .step lista. Como puede ver, sólo los equi ondulación (de eso se trata un Chebyshev); el resto son tonterías. Es más, las trazas azules muestran una divergencia mayor de la respuesta correcta que las trazas negras, y eso se debe a que el filtro se calcula para valores igualmente terminados, en lugar de un valor de salida adaptado, mientras que sólo se cambia la carga (tu enfoque). Por último, mientras que V(o2) muestra un equirrípico correcto para la traza superior -- es un caso afortunado válido sólo mientras la carga esté correctamente adaptada por k.

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aryeh Puntos 1594

Parece una página de D.Johnson y J.Hilburn, "Rapid Practical Designs of Active Filters" (1975), pero quizá no lo sea. ¿Lo parece?

En algún lugar el proceso de diseño en su texto dará la impedancia de diseño de sus filtros - probablemente todos estandarizados en 1 Ohm o 100 o 1000 o ... .

Para escalar a una nueva impedancia multiplica las resistencias por un factor de Znew/Zold y los condensadores por un factor de Zold/Znew.

No puede ser tan fácil, ¿verdad?
Pruébelo :-).

La pequeña diferencia entre lo que se ve para 50 ohmios y 67,75 ohmios se debe (probablemente) al desajuste relativamente pequeño cuando la entrada y la salida de bith se maltratan por esta cantidad relativamente pequeña.

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