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阻抗變換之Norton Transformation

2023-07-03 13:04:51 來(lái)源:模擬射頻IC學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)

首先看下面的例子,下圖是4個(gè)無(wú)源的網(wǎng)絡(luò),看起來(lái)是四個(gè)完全不同的網(wǎng)絡(luò),包括感值,終端阻抗,網(wǎng)絡(luò)形式都不一樣。

仿真看下這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù):


(相關(guān)資料圖)

Amazing! 四個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)曲線完全相同,繼續(xù)往下,上面是的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)只有電感,如果只有電容呢?如下圖例子:

四個(gè)不同的電容網(wǎng)絡(luò),這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)怎么樣,仿真圖如下,正如你期待的,S參數(shù)完全相同。

以上變換用到了今天所要說(shuō)的Norton Transformation,Norton Transformation可用來(lái)改變網(wǎng)絡(luò)的傳輸比,主要用于阻抗變換和濾波器的設(shè)計(jì),仍然以上面的例子做說(shuō)明,如下圖所示,源阻抗50歐姆,終端阻抗12.5歐姆,這種二個(gè)L的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為左邊型,可將其以一定的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)變成右邊型的。

轉(zhuǎn)變成右邊型感值的終端阻抗都相應(yīng)變大,轉(zhuǎn)換比n=((10n+5n)/5n)^2=9,終端阻抗變?yōu)?2.5*9=112.5,二個(gè)感值變大sqrt(n)=3倍。

往往終端阻抗設(shè)計(jì)成50歐姆,意味著轉(zhuǎn)換比只需要等于4就行,因此上面的結(jié)構(gòu)并不適用,上面的結(jié)構(gòu)用到了最大的轉(zhuǎn)換比,實(shí)際上轉(zhuǎn)換比可設(shè)計(jì)在1-max之間,這里設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換比4,如下圖所示,把5n拆成二個(gè)10n并聯(lián),對(duì)紅框的二個(gè)L做Norton Transformation,此時(shí)的轉(zhuǎn)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(gè)10nH(靠近終端阻抗)經(jīng)過(guò)Norton Transformation后,也變大4倍到40nH。

繼續(xù)探索,實(shí)際把電路設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)換比為4,除了上面的電路結(jié)構(gòu),還有另外一種電路結(jié)構(gòu),如下圖所示,把串聯(lián)的10nH電感分成二個(gè)5nH的串聯(lián),對(duì)紅框的二個(gè)L做Norton Transformation,轉(zhuǎn)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(gè)5nH(靠近源阻抗)經(jīng)過(guò)Norton Transformation后,保持不變。

以上經(jīng)過(guò)各種Norton Transformation后的網(wǎng)絡(luò)傳輸特性完全相同,正如一開(kāi)始的例子,其仿真的S參數(shù)完全相同,如果上面的二個(gè)電感變?yōu)槎€(gè)電容,也可以同樣做Norton Transformation,得到想要的轉(zhuǎn)換比,和電感分析類(lèi)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(zhuǎn)成右邊型,終端阻抗向更高的值轉(zhuǎn)換,如果一開(kāi)始的網(wǎng)絡(luò)是右邊型的,其轉(zhuǎn)換成左邊型,那么可想而知,終端阻抗向更低的值轉(zhuǎn)換,左邊型到右邊型和右邊型到左邊型,實(shí)際上是互易的,下面總結(jié)這四種結(jié)構(gòu):

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(jīng)過(guò)Norton Transformation后,和終端阻抗具有同樣的轉(zhuǎn)換比,這里只給出第一種結(jié)構(gòu)Norton Transformation后各元件的值大小,值已經(jīng)標(biāo)注在電路中(其它3種結(jié)構(gòu)可以自行推導(dǎo))

為了容易查看,從新貼上第一種結(jié)構(gòu):

最大轉(zhuǎn)換比電路,其中轉(zhuǎn)換比為:

以小于最大轉(zhuǎn)換比n的轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換比設(shè)為k,得到Pi型L電路:

另一種轉(zhuǎn)換比為k的電路,得到T型L電路:

總結(jié)完畢!

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