Bagaimana mungkin untuk memiliki pemancar 5W mengemudi 50 ohm dengan pasokan 12V?

13

Jadi katakanlah Anda memiliki sirkuit, yang menghasilkan gelombang pembawa pada beberapa frekuensi (katakanlah 27MHz) dan terhubung ke beban tiruan 50 ohm (yang saya kumpulkan setara dengan antena untuk keperluan analisis rangkaian). Dan itu didukung oleh catu daya 12V yang diatur.

Jadi bayangkan gelombang pembawa adalah 12 volt puncak-puncak, yaitu 4,242 volt RMS. Sesuai rumus $P = (V_{rms})^2/R$ , ini memberikan output daya sekitar 0,36W. Bahkan mengabaikan kekuatan rata-rata, 12V menjadi 50 adalah 2,88W. Dan puncak gelombang sebenarnya 6V, dan pada 50 ohm itu hanya 0,72W. $\Omega$

Lalu bagaimana rangkaian seperti output 5W atau lebih ini dengan catu daya 12V (beri atau ambil beberapa volt)?

http://www.rason.org/Projects/transmit/transmit.pdf (Yang ini melaporkan bahwa ketika membangun output sebenarnya lebih dari 7W)
http://www.radanpro.com/Radan2400/Transmitter/5-Watt%20Transmitter%20by%20SM0VPO.htm

Jika Anda menginginkan 5W rata-rata dari beban 50 ohm, Anda akan memerlukan tegangan puncak-puncak hampir 45V. Untuk 100W, Anda membutuhkan sinyal yang 200V puncak ke puncak! Entah bagaimana saya ragu bahwa orang menyalakan radio mereka dengan tegangan tinggi.

Apa yang saya tidak mengerti adalah bagaimana seseorang mendapatkan lebih banyak daya dari rangkaian dengan beban tetap dan tegangan pasokan tetap . Bahkan jika amplifier Anda dapat menghasilkan 100A, I = V / R; Dengan suplai 12V, hukum Ohm mengatakan bahwa bahkan pada puncaknya, itu hanya akan menghasilkan 0,12A, dengan beban menghilang 0,72W.

Saya pikir seseorang entah bagaimana bisa menggunakan transformator step-up untuk meningkatkan tegangan ke level yang diperlukan, memperdagangkan arus pada primer untuk tegangan pada sekunder, tetapi tidak satu pun dari sirkuit di atas melakukan ini. Selain itu, semua jaringan pencocokan impedansi di dunia tidak akan memberi Anda lebih banyak tegangan pada beban itu.

Semua yang saya jelaskan mungkin salah, dan itulah sebabnya saya menjelaskannya. Tolong bantu saya memilah kesalahpahaman konseptual saya :)

rf antenna impedance transmitter

— Frogging101
sumber

Menurut Anda apa yang benar-benar cocok dengan pencocokan impedansi? Tidak ada mekanisme kerugian dalam jaringan reaktif dan Zout> Zin, katakanlah ...

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany Tidak ada keuntungan dalam jaringan seperti itu. Bahkan pencocokan lossless sempurna tidak akan meningkatkan tegangan (dan karenanya daya) melintasi beban.

— Frogging101

3

Tidak ada penguatan daya. Jika output Z lebih tinggi dari input Z maka tegangan output harus lebih tinggi untuk daya yang sama, bukan? Konservasi energi. Pikirkan resonansi.

— Spehro Pefhany

Memang salah satu sirkuit itu TIDAK memiliki transformator step-up jika Anda melihatnya dengan benar ...

— Brian Drummond

12

Kunci dari semua ini adalah "pencocokan impedansi". Anda memerlukan penguat untuk berpikir itu menggerakkan impedansi rendah (sehingga dapat sumber banyak arus dari pasokan 5 V, dan dengan demikian menghasilkan banyak daya). Maka Anda "ajaib" perlu mengubah arus tersebut untuk mendorong 50 ohm pada tegangan yang jauh lebih tinggi.

Ini dilakukan dengan jaringan pencocokan impedansi. Ketika Anda menuliskan persamaan yang mengatur jaringan, ia perlu melihat (pada frekuensi yang menarik - hal-hal ini harus disetel agar berfungsi) seperti impedansi rendah pada input, dan impedansi tinggi (50 ohm) pada output.

Ada banyak cara untuk mencapai pencocokan impedansi: jika impedansi input Anda adalah 5 ohm, dan Anda ingin mencocokkan dengan impedansi keluaran 50 ohm pada 27 MHz, Anda dapat menggunakan sirkuit LC sederhana

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

yang saya "hitung" dengan menggunakan http://home.sandipriceedu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html dan memasukkan parameter yang sesuai.

Apa yang terjadi di sini adalah bahwa tegangan bolak-balik pada sumber (dengan impedansi R1) menggerakkan arus ke dalam rangkaian LC resonan. Karena ini adalah seri yang diaktifkan, mereka terlihat seperti impedansi rendah - tetapi pada kenyataannya ayunan tegangan yang dapat dicapai pada output sangat tinggi - jauh lebih tinggi daripada tegangan input. Menulis impedansi C1 sebagai Z1 (= 1 / jwC) dan impedansi L1 sebagai Z2 (jwL), Anda lihat mereka dapat digabungkan:

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

Sekarang tegangan input dibagi, jadi tegangan outputnya adalah

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

\begin{aligned} = \frac{(R_{2} * j ω L.)}{(R_{2} + j ω L.) (R_{1} + \frac{1}{j ω C} + \frac{R_{2} * j ω L.}{R_{2} + j ω L.})} \\ = \frac{R_{2} * j ω L.}{(R_{1} + \frac{1}{j ω C}) (R_{2} + j ω L.) + R_{2} * j ω L.} \\ = \frac{R_{2} * j ω L.}{R_{1} R_{2} + j (R_{1} ω L. - \frac{R_{2}}{ω C}) - \frac{L.}{C}) + R_{2} * j ω L.} \\ = \frac{R_{2} * j ω L.}{R_{1} R_{2} - \frac{L.}{C} + j (R_{1} ω L. - \frac{R_{2}}{ω C} + R_{2} ω L.)} \end{aligned}

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

Sekarang istilah imajiner di bagian bawah membatalkan kapan

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

atau

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

Jika R1 adalah nol dan $\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$ , Anda dapat mengarahkan hampir semua tegangan ke R2 tanpa pernah menghasilkan tegangan pada input - karena arus Anda melalui C1 sangat cocok dengan arus yang mengalir ke L1. Tetapi variasi dalam arus tersebut menghasilkan tegangan melintasi L1 dan dengan demikian pada R2. Itu semua harus dilakukan dengan fakta bahwa rangkaian LC seri tampak seperti impedansi yang jauh lebih rendah pada resonansi - tegangan pada akhirnya bervariasi kurang dari tegangan pada titik antara L dan C.

Tautan di atas memberi Anda banyak sirkuit alternatif yang akan melakukan hal yang sama - tetapi pada akhirnya untuk pemancar yang efisien Anda ingin memiliki impedansi nyata pada frekuensi yang menarik (tanpa refleksi) - dan rangkaian yang cocok mencapai itu untuk Anda, di hampir setiap impedansi (dengan nilai komponen yang tepat, tentu saja).

— Floris
sumber

Saya akan sangat berterima kasih, jika Anda bisa menjelaskannya secara lebih mendalam, bagaimana sirkuit LC (atau sirkuit resonansi) dapat mencapai apa yang Anda katakan. Jika tegangan di R1 adalah 12V, bukankah itu berarti bahwa tegangan keluaran (di R2) akan sama? Maaf, saya hanya tidak mengerti. Saya mengerti, bagaimana transformator dapat digunakan untuk pencocokan impedansi, tapi ini ...

— Golaž

1

@ Golaž Saya mencoba menjelaskannya sedikit lagi. Ini adalah subjek besar - hanya google "sirkuit pencocokan impedansi" dan nikmati kebijaksanaan internet ...

— Floris

1

Golaz, sudah diketahui bahwa sirkuit resonansi "memperkuat" sinyal. Terlepas dari apa tegangan melintasi R1, pertanyaan penting adalah apa tegangan di R2? Tegangan ini dihasilkan di L1. Anggap ini sebagai induktor yang "dipompa" pada waktu yang tepat untuk menghasilkan ayunan tegangan yang jauh lebih besar. Jadi memiliki ayunan tegangan 45v pp (atau lebih besar) di seluruh beban, seharusnya tidak mengejutkan!

— Guill

Setelah Anda mencapai bagian terakhir dari penyederhanaan Anda (di mana istilah imajiner dalam penyebut dibatalkan) dapatkah Anda menunjukkan bagaimana VOUT dihitung dari VIN menggunakan ekspresi yang tersisa? Tidak yakin bagaimana menangani j di pembilang.

— scuba

2

Jika Anda melihat salah satu dari skema tersebut ada induktor di semua tempat. Ada banyak cara untuk menghasilkan tegangan yang lebih tinggi tanpa menggunakan transformator. Memang, lihatlah koil percikan yang digunakan di mobil. Anda menghasilkan tegangan besar dengan membangun arus dan kemudian memutusnya, dan perangkat itu "tanpa transformer". Sirkuit ini beroperasi dengan cara yang berbeda, tetapi gagasan inti peningkatan tegangan dengan perubahan arus berlaku untuk keduanya. "Perkasa mike" (link pertama) beresonansi dengan kapasitor ditambah rantai "Pi" dan "T". Desain Lythal (tautan kedua) juga beresonansi tetapi dengan transformator, ia bahkan mencatat untuk tidak menggunakan ferrite slug (yang lossy) dan akan mengurangi resonansi.

— placeholder
sumber

2

Impedansi output dari driver transistor bisa sangat rendah. Jadi penguat RF dapat menarik banyak arus. Katakanlah setengah amp, pada 12V yang akan menjadi sekitar 6 watt. Itu terlihat seperti 24 ohm. Kemudian, buka transformator untuk mencocokkannya hingga 50 ohm di antena. Tegangan lebih tinggi, arus lebih rendah, tetapi daya masih sama.

— Gbarry
sumber

1

Ya, impedansi rendah dan transformator pencocokan RF adalah umum untuk peralatan portabel di era solid state. Di era tabung, menghasilkan rel pasokan 800v atau lebih itu tidak biasa.

— Chris Stratton

Terlintas dalam benak saya bahwa seseorang dapat menambah pasokan listrik di depan semuanya, tetapi sepertinya apa yang saya hasilkan akan lebih langsung dan lebih sedikit bagian. Dan ya, saya tumbuh dengan vibrator dan kemudian transistor switching germanium.

— Gbarry

0

Pertama, perhitungan voltase Anda salah. Dengan pasokan 12V melalui transformator atau induktor, tegangan titik tengah 12VDC dan ayunan tegangan maksimum adalah 24Vpp. Jadi itu sebenarnya bisa menghasilkan daya 4 kali lebih banyak pada 50Ω dari yang Anda hitung.

Anda benar bahwa untuk menempatkan gelombang sinus 5W ke dalam 50Ω Anda perlu hampir 45vpp. Jika output amp akhir hanya 24Vpp maka Anda memerlukan transformator step-up atau rangkaian pencocokan impedansi rugi-kurang lainnya. Untuk meningkatkan tegangan, impedansi keluaran harus lebih tinggi dari impedansi input.

— Bruce Abbott
sumber