Campi Elettromagnetici e Circuiti I Adattatori d impedenza

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1 Facoltà di Ingegneria Università degli studi di Pavia Corso di aurea Triennale in Ingegneria Elettronica e Informatica Campi Elettromagnetici e Circuiti I Adattatori d impedenza Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

2 Sommario Introduzione Adattatore a componenti discreti Adattatore con linea in quarto d onda Adattatore a singolo stub Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

3 Adattamento d impedenza I motivi per realizzare l adattamento d impedenza sono diversi: massimizzare la potenza erogata dal generatore massimizzare la potenza trasmissibile lungo una linea senza che avvengano scariche o surriscaldamento eccessivi negli impianti di potenza rendere l impedenza vista dal generatore indipendente dalla lunghezza della linea di collegamento, evitando così distorsioni dei segnali per telecomunicazioni. Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 3

4 Adattamento d impedenza generatore P d, g, a, b G, I (d/l) g G, generatore P d, g, a, b * G=, g G=, deve essere senza perdite e a larga banda Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 4

5 Adattamento d impedenza Esistono numerosi tipi di adattatori con caratteristiche diverse che li rendono particolarmente adatti a seconda delle frequenze di funzionamento del circuito e della tecnologia utilizzata per realizzarli. Nel seguito ci si limiterà a presentare e discutere in dettaglio i seguenti tipi di adattatori, per i quali verranno fornite le formule e le tecniche di progetto: adattatori a componenti discreti, utilizzanti elementi reattivi ( o C) e/o trasformatori con linea di trasmissione in quarto d onda a singolo stub Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 5

6 Adattatore a componenti discreti Questo tipo di si utilizza per frequenze relativamente basse (tipicamente al di sotto del GHz). Per frequenze più alte le componenti parassite degli elementi discreti diventano non più trascurabili e ne modificano drasticamente il comportamento. Inoltre, le dimensioni dei componenti possono diventare una frazione significativa della lunghezza d onda e quindi i fenomeni di variazione di tensione e corrente al loro interno non sono più trascurabili. Quest ultima osservazione dipende ovviamente dalla tecnologia utilizzata per realizzare i componenti. Esistono infatti componenti SMD (Surface Mounting Device) con dimensioni dell ordine del millimetro e, nel caso dei circuiti integrati, i componenti discreti hanno dimensioni ancora più piccole, tanto da risultare << l anche a frequenze dell ordine delle decine di GHz. Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 6

7 Adattatore a componenti discreti jb j = +j Per realizzare l adattamento bisogna imporre la condizione: j j jb Eguagliando le parti reali e quelle immaginarie si ottiene: B( ) B B ( ) Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 7

8 Adattatore a componenti discreti Y A jb j = +j +j Interpretazione grafica Y A +jb Y A Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 8

9 Adattatore a componenti discreti jb j = +j B ( ) E evidente che si ottengono valori realizzabili (cioè reali) per B e se e solo se Si nota che B e possono assumere sia valori positivi che negativi. Si ricorda che gli elementi discreti che realizzano tali valori sono i seguenti: B B C B / /( B) / C /( ) Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 9

10 Adattatore a componenti discreti jb j = +j Carichi adattabili Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

11 Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. Adattatore a componenti discreti j j jb = +j jb j Per realizzare l adattamento bisogna imporre la condizione: B B B B Eguagliando le parti reali e quelle immaginarie si ottiene: B B /

12 Adattatore a componenti discreti A j jb = +j A Interpretazione grafica Y +jb A +j Y Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

13 Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 3 Adattatore a componenti discreti Imponendo si determinano gli intervalli di e per i quali i valori di B e sono fisicamente realizzabili (cioè reali) : = +j jb j B B / se se

14 Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 4 Adattatore a componenti discreti = +j jb j se se Carichi adattabili

15 Adattatore a componenti discreti j :n Per realizzare l adattamento bisogna imporre la condizione: = +j j n j Eguagliando le parti reali e quelle immaginarie si ottiene: n n n n Può adattare qualunque tipo di carico. Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 5

16 Adattatore con linea in quarto d onda Se il carico è puramente resistivo si può utilizzare come una linea l/4. l/4 A = Per realizzare l adattamento bisogna imporre la condizione: A Da cui si ricava: A Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 6

17 Adattatore con linea in quarto d onda Se il carico non è puramente resistivo si può comunque utilizzare come una linea l/4. l/4 d A = +j min o max Per realizzare l adattamento è necessario trovare la sezione nella quale l impedenza d onda è reale (massima o minima). Si impone quindi la condizione oppure A min A min OS OS A OS OS A max max Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 7

18 Adattatore con linea in quarto d onda Esempio di in quarto d onda realizzato in cavo coassiale modificando il diametro del conduttore interno: Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 8

19 Adattatore con linea in quarto d onda Esempio di in quarto d onda realizzato in microstriscia modificando la larghezza della linea: = 5W A = 7.7W A = W Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag. 9

20 Adattatore a singolo stub d Y Y Y Y s d s Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

21 Adattatore a singolo stub Y I =Y +jb d d/l Y Y Y B jb Y Y I Y s B= d s G= B Y BY Bs s Ys B s d s /l Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

22 Adattatore a singolo stub Esempio di a singolo stub realizzato in microstriscia e in cavo coassiale: stub a vuoto stub in corto circuito Campi Elettromagnetici e Circuiti I a.a. 3/4 Prof. uca Perregrini Adattatori d impedenza, pag.

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