入出力のインピーダンスマッチング

RFパワーアンプの設計では、入出力のインピーダンスマッチングがポイントになるということが少し分かってきた。

なぜ、５０Ωにするのか、なぜ、Lマッチング回路とか、マッチングトランスだとか必要なのか、意味が全然分からなかった。だから、回路の設計をしていても、インピーダンスをいくらに設定すべきなのか分からなくて、適当に値を入れていた。

これでは、動くものが作れるはずがない。

自分の無智を反省。



そして、もう一度、回路全体の設計をやり直してみて、LTSpice上で確認してみることにした。

最終的には当初の予定通りに4MHz 500WのE級RFアンプを目指す。

LTSpiceで回路を作ってみたが

LTSpiceでHF-SSTCのシミュレーションに挑戦してみた。

まず、LTSpiceにはトロイダルコアが登録されていない。テスラコイル本体も当然ながら無い。これらのモデルを自分で作らなければならない。

LTSpiceで標準的ではないデバイスを扱う - 回路シミュレーターWiki

ここのサイトを参考に、まずはシンボルを作る。

そして、作ったものがこれ。RFC.asyとして保存。

Version 4
SymbolType CELL
LINE Normal 21 54 21 -37 1
LINE Normal 27 55 27 -37 1
ARC Normal -16 -8 16 24 -12 20 -12 -4
ARC Normal -16 16 16 48 0 48 -12 20
ARC Normal -16 -32 16 0 -12 -4 0 -32
WINDOW 0 33 -9 Left 0
WINDOW 3 34 33 Left 0
SYMATTR Value L
SYMATTR Prefix X
SYMATTR Description RFC
PIN 0 -32 NONE 0
PINATTR PinName A
PINATTR SpiceOrder 1
PIN 0 48 NONE 0
PINATTR PinName B
PINATTR SpiceOrder 2

次にトロイダルコアの定義を作るのだが、それについては、上記Wikiでも紹介されていたAyumi's Labさんの電脳時代の真空管アンプ設計の中にある出力トランスに関するドキュメントを参考にした。

そして、実際にHF-SSTCで作ったコイルのひとつを測定して、各パラメータを決めて、作ってみたのがこれ。ToroidalCoil.incとして保存。

*
* Toroidal Coil [FT50#61 8T:3T]
*
.SUBCKT ToroidalCoil A B C D
* Primary inductance
L1 A 1 0.000003535H
* Primary DC resistance
R1 1 B 0.11
* Primary stray capacitance
C1 A B 1.0e-12
* Secondary inductance
L2 C 2 0.000000063H
* Secondary DC resistance
R2 2 D 0.08
* Secondary stray capacitance
C2 C D 1.0e-12
* coupling factor
K L1 L2 0.9
.ENDS

L1, L2は、ＬＣメーターを使った実測値、R1, R2は、デジタルテスターの測定値。
C1, C2に関しては、測定方法が良く分からないので適当1pFを入れてみた。

早速、これをつかって、一段目を作ってみた。最終段のMOS-FET部分には4200pFのコンデンサをつけてみた。MOS-FET IRF520のモデルは海外のどこかのサイトにあったのを使わせていただいた。


シミュレーションを実行してみたのがこれ。

なんとなくいい感じで波形が出ていると思ったのだが、なんとなく、実際の波形と違うような感じもする。
まだ、何かパラメータがおかしいのかも。