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2011年11月25日 (金)

マッチングのはなし

マッチングとは
 アンプなどで増幅するデバイスなどを次段(出力)や前段(入力)とインピーダンスを整合させて、パワーを効率よく伝達させるための手法です。「マッチングをとる」「マッチングが悪い」などと呼びます。
ハード的には
Pi_maching
 よく使われる回路にΠ型マッチング回路があります。これは普通ローパスフィルターに使う回路ですが、伝送路の等価回路としても表現されているように、高周波をマッチングさせるうえで、アンテナカップラー(チューナー)などと呼ばれる装置もこの回路を使用しています。
コイルの両端にコンデンサーをGNDに落とした回路ですが、この回路は実は2つのLC回路が合わさって機能しています。通常のローパスフィルターでは入出力とも同じ値ですが、この回路を2つに分けて考えると、入力と出力を異なったインピーダンスでもコンデンサーを変えることで接合点で同じRとして接続することが出来ます。例えば入力側インピーダンスが容量性(C成分が多い)ならば、入力のC’を減らせば良いですし、逆にL成分が多い場合は入力のC成分を増やしてやります。インピーダンス自体が異なる場合はL'とC'とも両方変えて整合させますが、具体的にはスミスチャートなどで検証するのが良いでしょう。
 この方法はアンプのマッチング調整に応用できます。デバイスの入出力の伝送ライン(ストリップライン)はコイルとコンデンサーで等価できますので、デバイスの近くや、入出力端子にコンデンサーをGND間に増やしたり、減らしたり、もしくはストリッップラインを削って狭くしたりして加工してマッチングをとることで、必要なゲインや帯域特性を得ることが出来ます。
ソフト的には
 わたしもこの高周波分野の仕事に入った当初は、「アンプの調整する」って概念が判らず、いままでのオーディオ関連では歪みの少なくなるようあらかじめ設計されたバイアス調整用の半固定抵抗をまわしたりするのが調整でしたが、高周波ではデバイスの特性のばらつきにあわせてコンデンサーをつけたり、移動したりすることだったのですね。ちょっとカルチャーショックでしたね。

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