PI tank circuit calculation

We will describe here the PI configuration tank circuit calculation, used in the power stages of radio transmitters.

Our considerations are practical, with simple and approximated calculations, we are not here to teach advanced theory, but to guide the ham to calculate and adjust a power stage.

Parts choice

Transistor :

The pdf datasheet file must be downloaded from the Internet, where the following data must be considered:

Ft at least two times the pretended frequency.

Vce collector-emitter voltage the bigger the better, it depends on load impedance and output power. 

Total heat sink power at least two times the output power.

Xq RF choke

It must withstand the circuit current supply, the value is determined by the inductive reactance in the working frequency, which will be equal to four times the collector impedance value.

Capacitors

Preferably ceramic, with voltages in function to the load impedance and output power.

L coil

It must withstand a RF current with the lowest possible ohmic resistance. 

Choice of the "Q" pi circuit merit ratio.

The Q merit factor will depend on the pass band desired, several merit factor examples can be seen in the Excel spreadsheets Q MERIT RATIO file 1  Q MERIT RATIO file 2 which were calculated for the same conditions in 40m, the graphs show the attenuation between 1 and 20MHz.

Simple calculations adopt a Q=1, values between 3 and 8 are usually adopted and depending on their use even a Q=10 can be adopted (for fixed operation where the band is narrow, as an example).

PI filter calculation CLICK HERE

ADJUSTMENTS

With a RF probe (RF voltmeter) and a 50 Ohms resistive load (dummy load) for the power measure and a milliamp meter connected through the amplifier power supply.

Adjust the capacitors for the highest RF power read (if it were bigger than the one desired, reduce the RF drive in the driver stage).

The ideal ratio is an efficiency close to 60%, that is, the output power must be between 0.5 and 0.6 the input power (Vcc * milliamp meter current in Amperes)...

Check with a frequency counter to verify the frequency and if possible with an oscilloscope to verify the wave shape - if you do not have one, hear the signal in a receiver to see if it is pure and without noises.

Another considerations :

Part of the Gomes PY2MG Email to the QRP-BR group :

"Relating to the p filter value differences, it is due to the fact that with low power, until some two watts, it is possible to force the circuit to have the same capacitor values. In order to test it, get an already adjusted circuit and modify the coil, put variable capacitors in the place of the fixed ones and see that with careful adjustments in the variable ones, you get the same results in power terms."

Speaking about the pi tank and other matching forms

"This is a very controversial subject, and it raises a big polemic. There are other matching circuits like the LC, CL, T and p L, and the calculations are a bit different."

About amateur calculations

"Another thing deserving its consideration, but usually left aside in practice, is the capacitance between collector and emitter (Xco), that in our amateur case makes a big difference. Only the engineering of a Yaesu, Kenwood, etc. has to be taken in consideration, because as you saw, the capacitors behave differently at different working frequencies.

The best in harmonic attenuation terms is the p circuit, and there are instances where a double p is used in order to obtain a better harmonic attenuation.

Another thing is the exact calculations for this are complex enough, and are not into the range of common and so different hams like us. Because in our media, extremely democratic, we have from electronic engineers, able to understand this, to a simples mason. If you want to deepen in the subject, a very interesting one, fix your studies over serious publications."

External LINKS

Reference impedance matching link

RF freeware software Rfsim99 excellent I RECOMMEND IT

Calculate other filter types on-line

Learn about filters - tutorial

 

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Calculo do circuito tanque em PI

Descreveremos o calculo de circuitos tanque em configuração PI utilizados nas etapas de potência de transmissores de rádio.

Nossas considerações são práticas, com cálculos simples e aproximados, não estamos aqui para ensinar teoria avançada, mas para nortear o radioamador a calcular e ajustar uma etapa de potência.

Escolha dos Componentes

Transistor :

o arquivo pdf de dados deve ser baixado pela Internet, onde os seguintes dados deverão ser considerados:

Ft pelo menos duas vezes a freqüência pretendida.

Tensão coletor emissor Vce quanto maior melhor, depende da impedância de carga e da potência de saída.

Potência total de dissipação mínimo duas vezes a potência de saída.

Choque de RF Xq

Deve suportar a corrente que alimentará o circuito, o valor é determinado pela reatância indutiva na freqüência de trabalho que será igual a quatro vezes o valor da impedância de coletor.

Capacitores

Preferencialmente de cerâmica, com tensões em função da impedância de carga e da potência de saída.

Bobina L

Deve suportar a corrente de RF com uma resistência ôhmica o mais baixo possível.

Escolha do fator de mérito do circuito pi "Q".

O fator de mérito Q dependerá da faixa de passagem desejada, exemplos de vários fatores de mérito podem ser vistos na planilha Excel FATOR DE MÉRITO Q arquivo 1   FATOR DE MÉRITO Q arquivo2 que foram calculados para as mesmas condições em 40m, os gráficos mostram a atenuação entre 1 e 20MHz.

Cálculos simples adotam o Q=1, normalmente valores entre 3 e 8 são adotados e dependendo do uso até um Q=10 pode ser adotado (para operação fixa por exemplo onde a faixa é estreita).

Calculo do filtro pi è CLIQUE AQUI

AJUSTES

Com uma ponta de RF (voltímetro de RF) e uma carga resistiva (carga ou antena fantasma) de 50 Ohms, para a medição de potência e um miliamperímetro ligado a alimentação do amplificador.

Ajuste os capacitores para uma leitura máxima em potência de RF (se for maior do que o esperado diminua a excitação do driver de RF).

A relação ideal é de um rendimento próximo de 60% ou seja a potência de saída deve ser entre 0,5 a 0,6 da potência de entrada (Vcc * corrente do miliamperímetro em Amperes)..

Cheque com um frequencímetro para verificar a freqüência e se possível com um osciloscópio para verificar a forma de onda na falta deste ouça num rádio comercial se o sinal esta puro livre de roncos.

Outras considerações :

Parte do Email de PY2MG o Gomes ao grupo QRP-BR :

"Com relação às diferenças de valores do filtro em p , deve-se ao fato de que com baixas potências, até uns dois watts, é possível forçar o circuito a ter os mesmos valores de capacitores. Para testar, pegue um circuito já ajustado e modifique a bobina, coloque capacitores variáveis no lugar dos fixos e veja que com ajustes cuidadosos nos variáveis, você consegue os mesmos resultados em termos de potência."

Falando sobre o tanque em pi e outras formas de acoplamento

"Este é um assunto muito controverso, e gera uma baita polêmica. Existem outros circuitos de acoplamento como LC, CL, T e p L, e os cálculos são um pouco diferentes"

Sobre o calculo amador

" Outra coisa que merece consideração, mas efeitos práticos fora deixado de lado, é a capacitância entre coletor e emissor(Xco), que no nosso caso amador não faz muita diferença. Só a engenharia de uma Yaesu, Kenwood, etc. tem de lavar em consideração, pois como você viu, os capacitores se comportam de maneira diferente com relação às freqüências de trabalho.

O melhor em termos de atenuação de harmônicos, é o circuito em p , e há casos onde se usa duplo p para se obter melhor atenuação dos harmônicos.

Outra coisa os cálculos exatos para isso são bastante complexos, e não estão ao alcance dos radioamadores comuns e tão variados como nós. Pois em nosso meio, aliás extremamente democrático, temos desde engenheiros em eletrônica, aptos a entender isto, bem como um simples pedreiro. Caso queira se aprofundar no assunto, que aliás é bastante interessante, calce seus estudos em cima de publicações sérias. "

LINKS externos (Inglês)

Casamento de impedancias referencia links

Software de RF freeware Rfsim99 excelente è RECOMENDO

Calcule outros tipos de filtro on-line

Aprenda sobre filtros - tutorial

 

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