阻抗變換之Norton Transformation

2023-07-03 13:04:51 來源:模擬射頻IC學習和設計

首先看下面的例子,下圖是4個無源的網絡,看起來是四個完全不同的網絡,包括感值,終端阻抗,網絡形式都不一樣。

仿真看下這四個網絡的S參數:


(相關資料圖)

Amazing! 四個不同網絡的S參數曲線完全相同,繼續往下,上面是的無源網絡只有電感,如果只有電容呢?如下圖例子:

四個不同的電容網絡,這四個網絡的S參數怎么樣,仿真圖如下,正如你期待的,S參數完全相同。

以上變換用到了今天所要說的Norton Transformation,Norton Transformation可用來改變網絡的傳輸比,主要用于阻抗變換和濾波器的設計,仍然以上面的例子做說明,如下圖所示,源阻抗50歐姆,終端阻抗12.5歐姆,這種二個L的結構稱為左邊型,可將其以一定的轉換比轉變成右邊型的。

轉變成右邊型感值的終端阻抗都相應變大,轉換比n=((10n+5n)/5n)^2=9,終端阻抗變為12.5*9=112.5,二個感值變大sqrt(n)=3倍。

往往終端阻抗設計成50歐姆,意味著轉換比只需要等于4就行,因此上面的結構并不適用,上面的結構用到了最大的轉換比,實際上轉換比可設計在1-max之間,這里設計轉換比4,如下圖所示,把5n拆成二個10n并聯,對紅框的二個L做Norton Transformation,此時的轉換比n=((10n+10n)/10n)^2=4。

Norton Transformation后的電路如下,終端阻抗變大4倍到50歐姆,注意另外一個10nH(靠近終端阻抗)經過Norton Transformation后,也變大4倍到40nH。

繼續探索,實際把電路設計成轉換比為4,除了上面的電路結構,還有另外一種電路結構,如下圖所示,把串聯的10nH電感分成二個5nH的串聯,對紅框的二個L做Norton Transformation,轉換比n=((10n+10n)/10n)^2=4。

Norton Transformation后的電路如下,終端阻抗變大4倍到50歐姆,注意另外一個5nH(靠近源阻抗)經過Norton Transformation后,保持不變。

以上經過各種Norton Transformation后的網絡傳輸特性完全相同,正如一開始的例子,其仿真的S參數完全相同,如果上面的二個電感變為二個電容,也可以同樣做Norton Transformation,得到想要的轉換比,和電感分析類似,需要注意電容和電感在形式上的差異。

上面闡述的是左邊型轉成右邊型,終端阻抗向更高的值轉換,如果一開始的網絡是右邊型的,其轉換成左邊型,那么可想而知,終端阻抗向更低的值轉換,左邊型到右邊型和右邊型到左邊型,實際上是互易的,下面總結這四種結構:

圖中的終端阻抗不僅包含了電阻R,還包含了感性或容性元件,其經過Norton Transformation后,和終端阻抗具有同樣的轉換比,這里只給出第一種結構Norton Transformation后各元件的值大小,值已經標注在電路中(其它3種結構可以自行推導)

為了容易查看,從新貼上第一種結構:

最大轉換比電路,其中轉換比為:

以小于最大轉換比n的轉換電路,轉換比設為k,得到Pi型L電路:

另一種轉換比為k的電路,得到T型L電路:

總結完畢!

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