Impedanzanpassung zwischen HF-Verstärkerstufen

Question

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Ich bin gerade dabei, eine HF-Pufferverstärkerkette für einen VFO aufzubauen, und es tritt ein Entwurfsproblem auf, bei dem versucht wird, die Impedanz zwischen den Abschnitten anzupassen.

Das Problem, das ich habe, ist dass viele (die meisten) der dokumentierten Schaltungskonstruktionen mit einer Quellen- oder Lastimpedanz von 50 Ohm gekennzeichnet sind. Nehmen wir als Beispiel das folgende Snippet:

Entnommen aus hier pg. 520. Ich habe diesen Pufferverstärker mit 50 MHz als Prototyp entwickelt und funktioniert recht gut. Es ergibt eine Verstärkung von etwas mehr als 3 und eine Ausgangsleistung von ~ 12 dBm. Der entscheidende Punkt ist jedoch, dass alle diese Eigenschaften auf einer reflektierten Kollektorimpedanz von ~ 260 Ohm basieren und eine Last von 50 Ohm annehmen.

Nun möchte ich Folgen Sie diesem Vorverstärker mit einer Endstufe, und viele der Beispiele, für die ich einen Prototyp erstellen möchte, haben einen Impedanztransformator am Eingang. So etwas ist sehr häufig:

Auch hier wird der Verstärker unter der Annahme dokumentiert, dass der Signalgenerator am Eingang 50 Ohm hat Ausgangsimpedanz.

In meinem Fall möchte ich diese beiden Verstärker zu einer Vorverstärker- und Leistungsverstärkerkette kombinieren. Die naheliegende Lösung besteht darin, die Transformatoren zu einem einzigen Transformator zu kombinieren, der dem Kollektor des Vorverstärkers ~ 260 Ohm und ~ 6 Ohm an der Basis jeder Leistungstransistorbasis liefert (in dem gezeigten Leistungsverstärker ist T1 eine 4: 1-Impedanz Transformator => 50 Ohm wird 12,5 und jede Basis sieht die Hälfte davon.

Aber ich habe meine feste Impedanz von 50 Ohm verloren. Wenn ich die Transformatoren kombiniere, mache ich die Kollektorlast des Vorverstärkers direkt abhängig von der HF-Eingangsimpedanz der Leistungsverstärkertransistoren (was fast immer eine komplexe Größe ist und nicht trivial zu messen ist).

Ich würde gerne wissen, ob es irgendwelche "Tricks" gibt, um die Impedanz zwischen den Stufen auf einen bestimmten Wert festzulegen, oder ob nichts anderes übrig bleibt, als die Eingangsimpedanz der Endstufe zu charakterisieren?

Answer 1

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Es ist nicht erforderlich, eine Impedanz zwischen den Stufen zu "pinnen". Sie können direkt von der nativen Ausgangsimpedanz einer Stufe zur nativen Eingangsimpedanz der nächsten Stufe transformieren, ohne eine Zwischentransformation oder -terminierung durchzuführen.

Beim Entwurf eines Zwischenstufentransformators besteht die allgemeine Entwurfsregel darin, dies sicherzustellen Die induktive Reaktanz jeder Wicklung beträgt mindestens das Zehnfache der Impedanz, an die sie angeschlossen ist. Dies stellt sicher, dass die Wicklungsimpedanz des Transformators die angeschlossene Impedanz nicht überschwemmt.

Denken Sie auch an die Transformatortopologie. Beachten Sie, dass der erste Stromkreis isolierte Wicklungen für den Ausgangstransformator verwendet, während der zweite Stromkreis einen Spartransformator in seiner Eingangsstufe verwendet. Die kombinierte Impedanztransformation erfordert isolierte Wicklungen, um einen erdbezogenen Ausgang der vorherigen Stufe wiederherzustellen.

Answer 2

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T1 in dem von Ihnen bereitgestellten "Leistungsverstärker" -Schema ist ein 4: 1-Abwärtstransformator. Sein Zweck ist es, die Leistungsübertragung zwischen der vorhergehenden Stufe und den Leistungsverstärkertransistoren anzupassen, dh zu maximieren, deren hohe Impedanz von den 10-Ohm-Widerständen "überschwemmt" wird.

Sie können den ~ 260-Ohm-Treiber an die PA anpassen, indem Sie T1 durch einen 16: 1-Abwärtstransformator ersetzen und die 10-Ohm-Widerstände durch 15-Ohm-Widerstände ersetzen. Möglicherweise ist es am einfachsten, das höhere Step-Down-Verhältnis zu erreichen, indem Sie eine zweite "Kopie" von T1 zwischen dem Eingang und T2 hinzufügen. Die Simulation zeigt, dass eine Induktivität von 1-uH für jede der vier Wicklungen an T1a und T1b ausreichen sollte:

Answer 3

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(die meisten) der dokumentierten Schaltungsentwürfe sind mit einer Quellen- oder Lastimpedanz von 50 Ohm gekennzeichnet.

Richtig, aber nicht wichtig. Um die Impedanz anzupassen, sollte die Ausgangsimpedanz der vorherigen Stufe mit der Eingangsimpedanz der nächsten Stufe übereinstimmen. Das ist alles was du brauchst. Bei Verwendung von Bipolartransistoren ist beispielsweise die Ausgangsimpedanz ungefähr gleich dem Kollektorwiderstand. Die Eingangsimpedanz entspricht in etwa dem Beta-fachen des Emitterwiderstands, wenn sie nicht umgangen wird.

Erstellen einer HF-Pufferverstärkerkette für einen VFO

Wenn Sie also einen Puffer erstellen, müssen Sie die Impedanzen nicht anpassen, sondern nur zu Laden Sie den Oszillator leicht. Genau das Gegenteil von Matching.