Cálculo de la impedancia de la red pi

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Estoy practicando para mi examen de licencia de radio. Una de las preguntas de un examen anterior:

  

Este filtro pertenece a un transmisor de 3.7MHz. Aproxime la impedancia Z para una carga de 50Ω.

     

     

Respuestas: 1kΩ; 50Ω; 10kΩ; o 10Ω.

Pensé que podía calcular las reactancias de los inductores y los condensadores (a la izquierda está C 1 ; asumiendo valores completos para las tapas y 2.5uH para el inductor):

  • \ $ X_L = 2 \ cdot \ pi \ cdot3700000 \ cdot0.0000025 = 58.12 \ Omega \ $
  • \ $ X_ {C_1} = \ frac1 {2 \ cdot \ pi \ cdot3700000 \ cdot0.000000000463} = 92.90 \ Omega \ $
  • \ $ X_ {C_2} = \ frac1 {2 \ cdot \ pi \ cdot3700000 \ cdot0.000000001852} = 23.23 \ Omega \ $

Y luego proceder a calcular la resistencia de sustitución de C 2 con R load (paralelo), luego combinar con L (serie) y finalmente con C 1 (paralelo). Hago eso con Pitágoras y obtengo:

  • Con C 2 y R cargar : \ $ Z_1 = \ sqrt {50 ^ 2 + 23.23 ^ 2} = 55.13 \ Omega \ $
  • Con L: \ $ Z_2 = \ sqrt {58.12 ^ 2 + 55.13 ^ 2} = 80.11 \ Omega \ $
  • Con C 1 : \ $ Z = \ sqrt {92.90 ^ 2 + 80.11 ^ 2} = 122.67 \ Omega \ $

Esta no es una de las respuestas. El modelo de corrección dice que debería ser 1kΩ, pero ¿cómo debo calcular eso?

    
pregunta Keelan

3 respuestas

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Las Técnicas de Circuitos Analíticos Rápidos o FACTs lo llevarán allí sin escribir una sola línea de álgebra, solo dibuje pequeños bocetos que pueda revisar en caso de que identifique un error. Primero, comenzamos con la red observada en \ $ s = 0 \ $: abrir las tapas y abreviar el inductor. Lo que queda de la entrada es la resistencia de 50 - \ $ \ Omega \ $. Tenemos \ $ R_0 = 50 \; \ Omega \ $. Luego, retire temporalmente los elementos de almacenamiento de energía y determine la resistencia "vista" de sus terminales de conexión. Aquí, para las constantes de tiempo naturales del denominador, se reduce la excitación a 0 A o se abre el circuito del generador de prueba utilizado para determinar la impedancia de entrada. Repita el ejercicio como se muestra en la siguiente figura:

Luego,ensamblaslasconstantesdetiempodelasiguientemanera:

\$D(s)=1+s(\tau_1+\tau_2+\tau_3)+s^2(\tau_1\tau_{12}+\tau_1\tau_{13}+\tau_2\tau_{23})+s^3\tau_1\tau_{12}\tau_{123}\$

Loscerosseencuentrananulandolarespuesta.Laanulaciónsignificaqueelvoltajeenelgeneradordepruebadecorrienteparadeterminarlaimpedanciadeentradaesde0V.0Vatravésdeunafuentedecorrienteesuncasodegeneradoypuedereemplazarlafuenteporuncortocircuito.Denuevo,"mire" la resistencia ofrecida en este modo por los elementos de almacenamiento de energía:

Unavezhechoesto,puedeensamblarlasconstantesdetiempoparaformarelnumerador\$N(s)\$:

\$N(s)=1+s(\tau_{2N}+\tau_{3N})+s^2(\tau_{3N}\tau_{32N})\$

Laexpresiónfinalparaestaimpedanciadeentradaapareceenformadebajaentropíaysigue:

\$Z(s)=R_0\frac{N(s)}{D(s)}=R_0\frac{1+s\frac{L_3}{R_1}+s^2L_3C_2}{1+sR_1(C_1+C_2)+s^2L_3C_1+s^3(C_1C_2L_3R_1)}\$

Puedesreorganizaraúnmásestaexpresiónenunabonitaformacanónicacomo

\$Z(s)=R_0\frac{1+\frac{s}{\omega_{0N}Q_N}+(\frac{s}{\omega_{0N}})^2}{(1+\frac{s}{\omega_p})(1+\frac{s}{\omega_{0D}Q_D}+(\frac{s}{\omega_{0D}})^2)}\$

LasiguientehojadeMathcadreúnetodasestasecuacionesydefinetodoslostérminosnecesariosenlaecuaciónanterior.

Finalmente,dibujélaexpresiónenbruto(elsimpleparalelismodetodosloselementos)ylasotrasdosexpresiones,lacompletaylaformacanónica.¡Noestámal!:)

Puedequetesorprendaelenfoqueaquí,conestosHECHOS.Ustedhavistoquenoescribíunasolalíneadeálgebra,solopequeñosbocetosqueresolvíindividualmente.Lobuenoesquesiveounadesviaciónentrelafuncióndetransferenciabrutaylaqueobtuve,puedovolveralospequeñosbocetosyresolverelqueeswong.Intentehaceresoconlaexpresióndefuerzabruta:)SideseasabermássobrelosFACTs,puedeconsultarestetutorialdeAPEC2016ytambiénlalistadefuncionesdetransferenciaqueobtuveenellibro:

enlace

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respondido por el Verbal Kint
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Prueba esto: -

El truco es encontrar Q. Puedes encontrarlo usando la fórmula para Xc2 y, a continuación, sabiendo que Xc1 puedes predecir Rsource.

    
respondido por el Andy aka
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Uno de los comentarios a su pregunta mencionó realizar el análisis usando matemáticas complejas. Aquí hay un esquema:

La impedancia de una resistencia es R $$$$ La impedancia compleja de un condensador es $$ \ frac {-j} {\ omega \ cdot C} $$

La impedancia compleja de un inductor es $$ j \ cdot \ omega \ cdot L $$

La definición de j es: $$ j = \ sqrt {-1} $$

Por lo tanto: $$ j \ cdot j = -1 $$

y: $$ - j \ cdot j = 1 $$

Lo que necesita, es resolver la impedancia utilizando su comprensión de los componentes conectados en serie y en paralelo, sustituyendo estas expresiones de impedancia. Si llama al límite en el C1 izquierdo y al límite en el C2 derecho, terminará con los términos j que son números complejos. Terminará pareciéndose a:

$$ \ frac {\ left (\ frac {R \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} {R + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} + (j \ cdot \ omega \ cdot L) \ right) \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} {\ frac {R \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} {R + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} + (j \ cdot \ omega \ cdot L) + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} $$

Expande la ecuación matemática, multiplica por el conjugado complejo y saca la raíz cuadrada. La expresion compleja z $$ \ frac {a + b \ cdot j} {c - d \ cdot j} $$

Tiene el conjugado z ^ * $$ \ frac {a-b \ cdot j} {c + d \ cdot j} $$

Cambia la polaridad de las expresiones j de positiva a negativa o viceversa

Multiplicando los dos $$ Z \ cdot Z ^ * = \ frac {a + b \ cdot j} {c - d \ cdot j} \ cdot \ frac {ab \ cdot j} {c + d \ cdot j} = \ frac {a ^ 2 + b ^ 2} {c ^ 2 + d ^ 2} $$ Crea una expresión real (no compleja), pero es el cuadrado de la magnitud real, por lo que la raíz de la respuesta es un cuadrado

$$ Z_j = \ frac {\ left (\ frac {R \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2} + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (R + \ frac {-j } {\ omega \ cdot C_2})} {R + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} \ right) \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} {\ left (\ frac {R \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2} + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (R + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}) } {R + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_2}} \ right) + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} $$

Multiplica la parte superior e inferior de los numeradores y denominadores por \ $ j \ cdot \ omega \ cdot C_2 \ $

$$ Z_j = \ frac {\ left (\ frac {R + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 + 1)} {j \ cdot R \ omega \ cdot C_2 +1} \ right) \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} {\ left (\ frac {R + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 + 1)} {j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 +1} \ right |) + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} = \ frac {\ left (\ frac {R + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 + 1)} {j \ cdot R \ omega \ cdot C_2 +1 } \ right | \ cdot \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} {\ left (\ frac {R + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 + 1)} {j \ cdot R \ cdot \ omega \ cdot C_2 +1} \ right |) + \ frac {-j} {\ omega \ cdot C_1}} $$

$$ Z_j = \ frac { \izquierda( R \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) + (j \ cdot \ omega \ cdot L) \ right) \ cdot -j } { \izquierda( R \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) + (j \ cdot \ omega \ cdot L) \ right) (\ omega \ cdot C_1) + -j \ cdot (j \ cdot R \ omega \ cdot C_2 + 1)} $$

$$ Z_j = \ frac { (\ omega \ cdot L) -j \ cdot R \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) } { R \ cdot (\ omega \ cdot C_1) \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) + (j \ cdot \ omega \ cdot L) (\ omega \ cdot C_1) + \ R \ cdot \ omega \ cdot C_2 + -j} $$

$$ Z_j = \ frac { (\ omega \ cdot L) -j \ cdot R \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) } { \ left (R \ cdot (\ omega \ cdot C_1) \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) + R \ cdot \ omega \ cdot C_2 \ right) + j \ cdot \ left (( omega \ cdot L) (\ omega \ cdot C_1) -1 \ right)} $$

Si mi álgebra funciona ... $$ \ vert Z \ vert = \ sqrt {\ frac { (\ omega \ cdot L) ^ 2 + \ left (R \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) \ right) ^ 2} { \ left (R \ cdot (\ omega \ cdot C_1) \ cdot (1 - \ omega ^ 2 \ cdot C_2 \ cdot L) + R \ cdot \ omega \ cdot C_2 \ right) ^ 2 + \ left ((\ omega ^ 2 \ cdot L \ cdot C_1) -1 \ right) ^ 2}} $$

    
respondido por el DWD

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