Jak to możliwe, aby nadajnik 5W napędzał 50 omów przy zasilaniu 12 V?

Powiedzmy, że masz obwód, który generuje falę nośną na pewnej częstotliwości (powiedzmy 27 MHz) i jest podłączony do 50-omowego obojętnego obciążenia (które zbieram jest równoważne z anteną do celów analizy obwodu). I jest zasilany przez regulowany zasilacz 12V.

Wyobraź sobie więc, że fala nośna ma szczytowy szczyt 12 woltów, czyli RMS 4,242 woltów. Zgodnie ze wzorem daje to moc wyjściową około 0,36 W. Nawet nie uwzględniając średniej mocy, 12 V przy 50 Ω wynosi 2,88 W. A szczyt fali wynosi w rzeczywistości 6 V, a przy 50 omach to tylko 0,72 W.$P = (V_{rms})^2/R$$\Omega$

Jak zatem obwody takie jak te o mocy wyjściowej 5 W lub większej z zasilaniem 12V (dają lub pobierają kilka woltów)?

• http://www.rason.org/Projects/transmit/transmit.pdf (Ten informuje, że po zbudowaniu moc wyjściowa przekraczała 7 W)

• http://www.radanpro.com/Radan2400/Transmitter/5-Watt%20Transmitter%20by%20SM0VPO.htm

Jeśli chcesz uzyskać średnią moc 5 W przy obciążeniu 50 omów, potrzebujesz szczytowego napięcia prawie 45 V. Dla 100 W potrzebujesz sygnału o wartości 200 V między szczytami! Jakoś wątpię, że ludzie zasilają swoje radiotelefony tak wysokimi napięciami.

Nie rozumiem, w jaki sposób można uzyskać więcej mocy z obwodu o stałym obciążeniu i stałym napięciu zasilania. Nawet jeśli twój wzmacniacz może dostarczyć 100 A, I = V / R; Przy zasilaniu 12 V prawo Ohma mówi, że nawet w szczycie będzie dostarczać tylko 0,12 A, przy obciążeniu rozpraszającym 0,72 W.

Myślę, że można w jakiś sposób użyć transformatora podwyższającego napięcie, aby zwiększyć napięcie do niezbędnego poziomu, zamieniając prąd na pierwotny na napięcie na wtórnym, ale żaden z powyższych obwodów tego nie robi. Poza tym wszystkie sieci dopasowujące impedancję na świecie nie dostarczą ci większego napięcia przy tym obciążeniu.

Wszystko, co wyjaśniłem, może być błędne i dlatego to wyjaśniłem. Proszę o pomoc w rozwiązaniu moich nieporozumień koncepcyjnych :)

Kluczem do tego wszystkiego jest „dopasowanie impedancji”. Potrzebujesz wzmacniacza, aby myśleć, że napędza on niską impedancję (aby mógł pobierać dużo prądu z zasilacza 5 V, a tym samym generować dużą moc). Następnie „magicznie” trzeba przekształcić te prądy, aby wysterować 50 omów przy znacznie wyższym napięciu.

Odbywa się to za pomocą sieci dopasowującej impedancję. Kiedy zapisujesz równania rządzące siecią, musi ona wyglądać (z częstotliwością zainteresowania - te rzeczy muszą być dostrojone do pracy) jak niska impedancja na wejściu i wysoka (50 omów) impedancja na wyjściu.

Istnieje wiele sposobów osiągnięcia dopasowania impedancji: jeśli impedancja wejściowa wynosi 5 omów, a chcesz dopasować do impedancji wyjściowej 50 omów przy 27 MHz, możesz użyć prostego obwodu LC

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

które „obliczyłem”, używając http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html i wpisując odpowiednie parametry.

Tutaj dzieje się tak, że napięcie przemienne na źródle (o impedancji R1) napędza prąd do obwodu rezonansowego LC. Ponieważ są one przełączane szeregowo, wyglądają jak niska impedancja - ale w rzeczywistości wahania napięcia, które można uzyskać na wyjściu, są bardzo wysokie - znacznie wyższe niż napięcia wejściowe. Zapisując impedancję C1 jako Z1 (= 1 / jwC) i impedancję L1 jako Z2 (jwL), widać, że można je łączyć:

$X_1 = R_1 + Z_1$
$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Teraz napięcie wejściowe jest podzielone, więc napięcie wyjściowe wynosi

$V_{out}/V_{in} = X_2 / (X_1 + X_2)$

$$\begin{align} &= \frac{(R_2 * j \omega L)}{(R_2 + j \omega L) (R_1 + \frac{1}{j \omega C} + \frac{R_2 * j \omega L}{R_2 + j \omega L})}\\ &= \frac{R_2 * j \omega L} {(R_1 + \frac{1}{j \omega C})(R_2 + j \omega L) + R_2 * j \omega L}\\ &= \frac{R_2 * j \omega L}{R_1R_2 + j(R_1 \omega L - \frac{R_2}{\omega C}) - \frac{L}{C}) + R_2 * j \omega L}\\ &= \frac{R_2 * j \omega L}{R_1R_2 - \frac{L}{C} + j(R_1\omega L - \frac{R_2}{\omega C} + R_2 \omega L)}\\ \end{align}$$

Teraz fikcyjny termin na dole anuluje kiedy

$R_1 \omega L = R_2 (\omega L - \frac{1}{\omega C})$

lub

$\frac{R_1}{R_2} = 1 - \frac{1}{\omega ^2 LC}$

$\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$

Powyższe łącze daje wiele alternatywnych obwodów, które zrobią to samo - ale ostatecznie dla wydajnego nadajnika chcesz mieć rzeczywistą impedancję przy częstotliwości zainteresowania (bez odbicia) - a dopasowany obwód osiąga to dla ciebie prawie dowolna impedancja (oczywiście z odpowiednimi wartościami składników).

Jeśli spojrzysz na jeden z tych schematów, wszędzie są cewki indukcyjne. Istnieje wiele sposobów generowania wyższych napięć bez użycia transformatora. Rzeczywiście, spójrz na cewkę iskrową stosowaną w samochodach. Generujesz ogromne napięcia, budując prąd, a następnie przerywając go, a to urządzenie jest „beztransformatorowe”. Obwody te działają na różne sposoby, ale podstawowa idea podwyższenia napięcia ze zmianą prądu dotyczy obu. „Potężny mikrofon” (pierwsze ogniwo) rezonuje z sprzężonym kondensatorowo łańcuchem „Pi” i „T”. Konstrukcja Lythal (drugie ogniwo) jest również rezonansowa, ale z transformatorem zauważa nawet, że nie należy używać ślimaka ferrytowego (który jest stratny) i tłumiłby rezonans.

Impedancja wyjściowa tranzystora sterownika może być dość niska. Tak więc wzmacniacz RF może pobierać dużo prądu. Powiedz pół ampera przy 12 V, czyli około 6 watów. To wygląda na 24 omy. Następnie przejdź przez transformator, aby dopasować do 50 omów na antenie. Napięcie jest wyższe, prąd jest niższy, ale moc jest nadal taka sama.

Po pierwsze, twoje obliczenia napięcia są nieprawidłowe. Przy zasilaniu 12 V przez transformator lub cewkę napięcie środkowe wynosi 12 V DC, a maksymalne wahanie napięcia wynosi 24 Vpp. Tak więc może faktycznie wytwarzać 4 razy więcej mocy przy 50Ω niż obliczono.

Masz rację, że aby wstawić falę sinusoidalną o mocy 5 W do 50 Ω, potrzebujesz prawie 45 Vpp. Jeśli końcowe wyjście wzmacniacza wynosi tylko 24 Vpp, potrzebny jest transformator podwyższający napięcie lub inny bezstratny obwód dopasowujący impedancję. Aby zwiększyć napięcie, impedancja wyjściowa musi być po prostu wyższa niż impedancja wejściowa.