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

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 :)

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

^{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

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

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

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).

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.

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.

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.