Как можно получить передатчик мощностью 5 Вт с сопротивлением 50 Ом и напряжением 12 В?

Допустим, у вас есть схема, которая генерирует несущую волну на некоторой частоте (скажем, 27 МГц), и она подключена к фиктивной нагрузке 50 Ом (которую я собираю эквивалентно антенне для анализа цепи). И он питается от регулируемого источника питания 12 В.

Итак, представьте, что несущая волна имеет пик 12 вольт, что составляет 4,242 вольт RMS. Согласно формуле , это дает выходную мощность около 0,36 Вт. Даже несмотря на среднюю мощность, 12 В на 50 Ом составляет 2,88 Вт. И пик сигнала на самом деле составляет 6 В, а при 50 Ом это всего 0,72 Вт.$P = (V_{rms})^2/R$$\Omega$

Как тогда работают такие цепи, как эти, мощностью 5 Вт или более с источником питания 12 В (дать или взять несколько вольт)?

• http://www.rason.org/Projects/transmit/transmit.pdf (В этом сообщении говорится, что при сборке выходная мощность фактически превышала 7 Вт)

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

Если вы хотите в среднем 5 Вт из нагрузки 50 Ом, вам потребуется пиковое пиковое напряжение почти 45 В. Для 100 Вт вам понадобится сигнал с пиковым напряжением 200 В! Почему-то я сомневаюсь, что люди питают свои радиостанции с таким высоким напряжением.

Что я не понимаю, так это то, как можно получить больше энергии от цепи с фиксированной нагрузкой и фиксированным напряжением питания. Даже если ваш усилитель может выдавать 100А, I = V / R; Согласно закону Ома, при напряжении 12 В, даже на пике он будет выдавать только 0,12 А при нагрузке, рассеивающей 0,72 Вт.

Я думаю, что можно каким-то образом использовать повышающий трансформатор для увеличения напряжения до необходимого уровня, обменивая ток на первичной обмотке на напряжение на вторичной обмотке, но ни одна из вышеуказанных цепей не делает этого. Кроме того, все сети с согласованием импедансов в мире не помогут вам увеличить напряжение в этой нагрузке.

Все, что я объяснил, вполне может быть неправильным, и именно поэтому я объяснил это. Пожалуйста, помогите мне разобраться в моих концептуальных недоразумениях :)

Ключом ко всему этому является «согласование импеданса». Вам нужен усилитель, чтобы думать, что он управляет низким импедансом (поэтому он может подавать большое количество тока от источника 5 В и, таким образом, генерировать много энергии). Затем вам нужно «волшебным образом» преобразовать эти токи, чтобы получить 50 Ом при гораздо более высоком напряжении.

Это делается с помощью сети согласования импедансов. Когда вы записываете уравнения, управляющие сетью, она должна выглядеть (на интересующей частоте - эти вещи должны быть настроены для работы) как низкий импеданс на входе и высокий (50 Ом) импеданс на выходе.

Есть много способов достичь согласования импедансов: если ваш входной импеданс составляет 5 Ом, и вы хотите согласовать с выходным импедансом 50 Ом при 27 МГц, вы можете использовать простую схему LC

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

который я "вычислил", используя http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html и введя соответствующие параметры.

Здесь происходит то, что переменное напряжение на источнике (с полным сопротивлением R1) направляет ток в резонансную цепь LC. Поскольку они последовательно соединены, они выглядят как низкий импеданс, но в действительности колебания напряжения, которые могут быть достигнуты на выходе, очень велики - намного выше, чем входные напряжения. Записав импеданс C1 как Z1 (= 1 / jwC) и импеданс L1 как Z2 (jwL), вы видите, что они могут быть объединены:

R1 и Z1 последовательно: R2 и Z2 параллельно:X 2 = R 2 ∗ Z 2 / ( R 2 + Z 2$X_1 = R_1 + Z_1$
$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Теперь входное напряжение делится, поэтому выходное напряжение

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

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

Теперь мнимый термин внизу отменяется, когда

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

или

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

Если R1 равен нулю и , вы можете подавать практически любое напряжение в R2, даже не создавая напряжения на входе - потому что ваш ток через C1 идеально согласован с током, протекающим в L1. Но эти изменения тока генерируют напряжение на L1 и, следовательно, на R2. Все это связано с тем фактом, что последовательная цепь LC выглядит как резонанс с гораздо меньшим сопротивлением - напряжение на конце изменяется меньше, чем напряжение в точке между L и C.$\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$

Приведенная выше ссылка дает вам множество альтернативных цепей, которые будут делать то же самое - но в конечном итоге для эффективного передатчика вы хотите иметь реальный импеданс на интересующей частоте (без отражения) - и схема согласования достигает этого для вас, почти любой импеданс (с правильными значениями компонентов, конечно).

Если вы посмотрите на любую из этих схем, повсюду есть индукторы. Существует много способов получения более высоких напряжений без использования трансформатора. Действительно, посмотрите на катушку зажигания, используемую в автомобилях. Вы генерируете огромное напряжение, накапливая ток и затем прерывая его, и это устройство «без трансформатора». Эти схемы работают по-разному, но основная идея повышения напряжения с изменением тока относится к обоим. «Могучий микрофон» (первое звено) резонирует с конденсаторами, соединенными цепью «Пи» и «Т». Конструкция Lythal (второе звено) также является резонансной, но с трансформатором она даже отмечает, что не следует использовать ферритовую пробку (которая с потерями) и может ослабить резонанс.

Выходное сопротивление транзистора драйвера может быть довольно низким. Таким образом, усилитель RF может потреблять много тока. Скажем, половина усилителя, при 12 В, это будет около 6 Вт. Это выглядит как 24 Ом. Затем пройдите трансформатор, чтобы согласовать это до 50 Ом на антенне. Напряжение выше, ток ниже, но мощность все та же.

Во-первых, ваши расчеты напряжения неверны. При питании 12 В через трансформатор или индуктор напряжение средней точки составляет 12 В постоянного тока, а максимальное колебание напряжения составляет 24 В пост. Таким образом, он мог бы производить в 4 раза больше энергии при 50 Ом, чем вы рассчитывали.

Вы правы, что для ввода синусоидальной волны 5 Вт в 50 Ом вам нужно почти 45 ВПП. Если конечный выход усилителя составляет только 24 В, то вам необходим повышающий трансформатор или другая схема согласования полного сопротивления без потерь. Чтобы увеличить напряжение, выходное сопротивление просто должно быть выше, чем входное сопротивление.