Filtr dolnoprzepustowy LC

Cześć,

Zgłaszam się z prośbą o wytłumaczenie pewnej kwestii. Na poniższym schemacie widoczny jest nadajnik AM. Chciałbym się skupić na jego końcowym bloku a więc filtrze dolnoprzepustowym. Dla nośnej 1000kHz czyli 1 MHz zalecana wartość L2 wynosi 330-390uH i C6 0-75pF.

lm386wit..s.jpg Download (34.99 kB)

Wykorzystałem program RFSim99 i zadałem w nim parametry filtru LC dla w/w wartości. Otrzymałem następującą przepustowość filtra - graniczna częstotliwość wynosi ok. 10kHz. Dla 1Mhz tłumienie wynosi -26dB.

lc (2).jpg Download (82.32 kB)

Gdzie tkwi mój błąd w rozumowaniu problemu? Czy dla częstotliwości 1MHz wartośc indukcyjności cewki L2 nie powinna być zmniejszona do 5uH jeżeli chcemy pozostawić dotychczasowy trymer 0-75pF?

jackie01 wrote:

Dla 1Mhz tłumienie wynosi -26dB.

Najprawdopodobniej nie uwzględniasz zupełnie w symulacji impedancji anteny i jej charakteru (pojemnościowa czy indukcyjna). Dlatego te wyniki nic nie mówią, bo to tak naprawdę nie wszystkie składniki obwodu są użyte w obliczeniach.
Druga rzecz że liczysz dla maksymalnej pojemności trymera co też jest bez sensu. W praktyce dobiera się pojemność trymera tak by użyteczny zakres był raczej gdzieś w środku jego nastawy (margines regulacji w górę i w dół).

Co do anteny tak właśnie myslalem. W takim razie jakie dodać elementy które zasymulowalyby antenę w postaci 3m odcinka drutu? Z tego wynika, że antena ma bardzo duży wpływ - 1Mhz vs 10kHz bez anteny ?

Z drugiej strony dostępne są schematy filtrów na wyjściu wzmacniaczy RF gdzie elementy są dobrane na określoną częstotliwość graniczna i nie uwzględniają anteny.

Testowałem dla różnych pojemności trymera - nie ma tutaj spektakularnych zmian.

Quote:

otrzymałem następującą przepustowość filtra - graniczna częstotliwość wynosi ok. 10kHz. Dla 1Mhz tłumienie wynosi -26dB.

Filtr LC na 10kHz nie jest tak łatwo zrobić to wymaga znacznie większych pojemności i indukcyjności. A gdyby nawet miał te 10kHz to przy częstotliwości 100x większej powinno być -80dB (tylko teoretycznie).
google użyte jako kalkulator mówi że
1/(2*pi*sqrt(390e-6*75e-12))=930587
a więc prawie 1MHz - widać użyłeś zbyt zaawansowanego narzędzia w stosunku do poziomu swojej wiedzy

Krótka antena będzie miała charakter pojemnościowy ale nie będzie to duża pojemność w porównaniu do 75pF, można się przez to spodziewać nieco niższej częstotliwości granicznej filtru.

jackie01 wrote:

Wykorzystałem program RFSim99 i zadałem w nim parametry filtru LC dla w/w wartości. Otrzymałem następującą przepustowość filtra - graniczna częstotliwość wynosi ok. 10kHz. Dla 1Mhz tłumienie wynosi -26dB.

Przyjrzałem się bliżej i zdaje się że po prostu gdzieś machnąłeś się w jednostkach albo coś w tej symulacji bo nie tak powinna wyglądać charakterystyka.
No i nie o filtr dolnoprzepustowy tu chodzi a o pasmowo przepustowy.

Dla tego obwodu i wartości 360µH, 70pF akurat dokładnie dla 1MHz zachodzi rezonans szeregowy i na kondensatorze (tym samym antenie) nie ma żadnego tłumienia a wręcz zwiększenie amplitudy (trudno powiedzieć dokładnie ile, bo to zależy m.in. od oporności w układzie):



A widocznie antena 3m dużo tu nie zmienia. Tak że prawdopodobnie zastosowanie trymera (czyli możliwości uzyskania na nim wartości mniejszych niż 70p) w dużym stopniu służy skompensowaniu pojemności anteny, jakiś pojemności montażowych, tolerancji cewki itp. .

Jak się narysuje tak jak na schemacie (trymer do masy) to faktycznie wychodzi LPF ok 100kHz.
Szeregowo 360uH i trymer do anteny (obciążenia) daje prawidlowy 1MHz BPF.
Wydaje mi się że C5 powinien być dobrany do rezonansu z L2 a trymer C6 do masy tylko do korekcji.

abart64 wrote:

C5 powinien być dobrany do rezonansu

C5 jak gdzieś na forum tłumaczył autor tej konstrukcji, służy tylko jako oddzielenie DC i ochrona generatora kwarcowego, na wypadek przywarcia anteną do czegoś (np. fazy w gniazdku). Dlatego daje go na 200V bo to się w Ameryce dzieje (120VAC).

A z racji dużej pojemności (20nF) w stosunku do pojemności obwodu trymera, C5 praktycznie nie bierze żadnego udziału w rezonansie na 1MHz. Czy jest czy go nie ma charakterystyka praktycznie taka sama:

A jak Vout obciążysz jakąś impedancją? Jaki jest wykres? Teraz wisi w powietrzu.
Co do C5 zgadzam się.

abart64 wrote:

A jak Vout obciążysz jakąś impedancją? Jaki jest wykres? Teraz wisi w powietrzu.

Nie o to w tym chodzi.
Te powiedzmy 70pF wpisane w tej symulacji to będzie pojemność trymera plus obwodu anteny w warunkach uzyskania rezonansu dla 1MHz (i akurat dla cewki 360µH).
A tak naprawdę, dostrajanie do rezonansu jest zrealizowane w tym rozwiązaniu, kręceniem trymera na maksimum prądu zasilania, które to maksimum pokazuje jasność LED umieszczonej szeregowo w zasilaniu LM386.
Czyli strojąc na "górkę" prądu uzyskujemy rezonans w tym obwodzie. A ile to będzie pikofaradów w danym momencie na trymerze a ile na antenie to nieistotne. Zresztą cewka też nie musi być akurat 360µH jak widać w spisie elementów. Tak że w pewnych oczywiście granicach, dokładna wartość impedancji z zewnątrz układu jest nie ważna.

Też nie o to mi chodzi. Chodzi o to że ten obwód ze schematu działa na 1MHz jak nie ma obciążenia anteną. Ale w rzeczywistości jest antena o jakiejś tam impedancji.
jackie01 robił w RFsim i pewnie to było 50ohm, ja zasymulowałem w Multisim i obciażałem od 50ohm do 10k i wychodzą głupoty.
Dobrze wychodzi jak C5 ok 100p a nie 20n (raczej 10n tam jest ? ) i trymer do masy dla dostrojenia anteny.
100p też by dał odcięcie dla DC i jednocześnie rez. szer. z cewką i wtedy na symulacji to działa.

abart64 wrote:

Ale w rzeczywistości jest antena o jakiejś tam impedancji.
jackie01 robił w RFsim i pewnie to było 50ohm, ja zasymulowałem w Multisim i obciażałem od 50ohm do 10k i wychodzą głupoty.

Masz rację.
Po obciążeniu rezystancją 10k, rezonans na 1MHz jest jeszcze jakoś widoczny choć dużo gorzej:



a przy rezystancji 1k już po nim nie ma śladu:



Ale najwidoczniej te 3m drutu takiego dużego obciążenia tego obwodu nie wnoszą a składową pojemnościową daje się skompensować ustawieniem trymera.
Tą konstrukcję trochę ludzi powielało i im działało, czyli ten rezonans jest w miarę widoczny przy strojeniu, choćby na tej LED.

Zakładanie na siłę że antena wnosi jakieś duże obciążenia (i to o charakterze rezystancyjnym) i modyfikacja układu (m.in. C5) pod te hipotetyczne obciążenie, według mnie nie ma sensu. Bo raczej przeczy praktycznym doświadczeniom użytkowników tego rozwiązania.
Może gdzieś się znajdzie wzory na impedancje takiej anteny, to już przynajmniej wiadomo by było o jakich wartościach w ogóle jest mowa.

rb401 wrote:

Ale najwidoczniej te 3m drutu takiego dużego obciążenia tego obwodu nie wnoszą a składową pojemnościową daje się skompensować ustawieniem trymera.

Dla 1MHz długość fali to 300m antena 3m to antena krótka, bardzo nieefektywna.
Opierając sie na
http://www.antenna-theory.com/antennas/shortdipole.php
można wyliczyć impedancję dla anteny dipolowej, co prawda 3m drutu to nie dipol, można założyć że to antena GP więc ma połowę impedancji dipola.

Rezystancja promieniowania wynosi ok 79mOm a reaktancja -13kOm, połowa z tego to Z=39mOm-j6,6kOm, -6,6kOm odpowiada 24pF przy 1MHz, założenie że taka antena nie tłumi obwodu bliskie prawdy, oznacza to również że niezmiernie mała część energii z obwodu rezonansowego zostaje wypromieniowana, ale nie jest to aż tak istotne kiedy nie budujemy nadajnika ogólnokrajowej rozgłośni

Ok, czyli reasumując obwód LC widoczny na powyższym schemacie służy jedynie do strojenia i dopasowania anteny a nie jest to filtr.

Zakładając, że budowalibyśmy nadajnik AM większej mocy powiedzmy 1W to na wyjściu PA (a jeszcze przed obwodem strojenia anteny LC) powinniśmy zamieścić filtr dolnoprzepustowy (np. pi). Następnie sygnał RF doprowadzić kablem koncentrycznym do anteny i dopiero na antenie zamontować w/w układ strojenia anteny LC ? Czyli filtr dolnoprzepustowy przed układem strojenia anteny?

jackie01 wrote:

Ok, czyli reasumując obwód LC widoczny na powyższym schemacie służy jedynie do strojenia i dopasowania anteny a nie jest to filtr.

Jedno drugiemu nie przeszkadza, może jednocześnie dopasowywać i być filtrem dolnoprzepustowym.

jackie01 wrote:

Zakładając, że budowalibyśmy nadajnik AM większej mocy powiedzmy 1W to na wyjściu PA (a jeszcze przed obwodem strojenia anteny LC) powinniśmy zamieścić filtr dolnoprzepustowy (np. pi).

Źródłem sygnału jest generator prostokąta, a więc o wysokiej zawartości harmonicznych, lepsza filtracja jest wskazana, na schematach wzmacniaczy dających mocno zniekształcone przebiegi (klasa C albo E) często spotyka się filtry wyższych rzędów, piszę w ten sposób dlatego że nie konstruowałem takich wzmacniaczy, bierz pod uwagę że moja wiedza na ten temat jest ograniczona, najlepiej gdybyś zapytał kogoś kto takie konstrukcje projektował.
Zastosowanie przewodu antenowego wymaga z jednej strony dopasowania stopnia końcowego do impedancji przewodu, z drugiej dopasowania przewodu do anteny, filtry zazwyczaj są blisko stopnia końcowego.

Konstruktor przedstawionego układu miał o tyle łatwiej, że kiepska antena nie tłumiła obwodu rezonansowego, więc mógł on mieć dużą dobroć i wąskie pasmo. W nadajnikach budowanych z myślą o większym zasięgu, antena będzie miała "sensowniejszą" impedancję, ze znacznie większym udziałem składowej rzeczywistej, obwody dopasowujące nie będą miały tak dużej dobroci i nie będą skutecznymi filtrami, stąd może być potrzeba zastosowania dodatkowego filtra.