Làm thế nào có thể có một máy phát 5W lái 50 ohms với nguồn cung cấp 12V?

13

Vì vậy, giả sử bạn có một mạch tạo ra sóng mang ở tần số nào đó (giả sử là 27 MHz) và nó được kết nối với tải giả 50 ohm (mà tôi thu thập được tương đương với ăng ten cho mục đích phân tích mạch). Và nó được cung cấp bởi một nguồn cung cấp điện quy định 12V.

Vì vậy, hãy tưởng tượng sóng mang là đỉnh cực đại 12 volt, là RMS 4.242 volt. Theo công thức $P = (V_{rms})^2/R$ , điều này cho công suất đầu ra khoảng 0,36W. Ngay cả khi bỏ qua công suất trung bình, 12 V thành 50 là 2,88W. Và cực đại của dạng sóng thực sự là 6V và ở mức 50 ohms chỉ là 0,72W. $\Omega$

Sau đó, làm thế nào để các mạch như những công suất này từ 5W trở lên với nguồn điện 12 (cho hoặc mất vài volt)?

http://www.rason.org/Projects/transmit/transmit.pdf (Điều này báo cáo rằng khi xây dựng đầu ra thực sự là hơn 7W)
http://www.radanpro.com/Radan2400/Transuctor/5-Watt%20Transuctor%20by%20SM0VPO.htmlm

Nếu bạn muốn có công suất trung bình 5W trong số tải 50 ohm, bạn cần điện áp cực đại gần 45V. Đối với 100W, bạn cần tín hiệu đạt cực đại 200V đến cực đại! Bằng cách nào đó tôi nghi ngờ rằng mọi người đang cung cấp năng lượng cho bộ đàm của họ với điện áp cao như vậy.

Điều tôi không hiểu là làm thế nào một người có được nhiều năng lượng hơn từ một mạch có tải cố định và điện áp cung cấp cố định . Ngay cả khi bộ khuếch đại của bạn có thể cung cấp 100A, I = V / R; Với nguồn cung cấp 12V, luật Ohm nói rằng ngay cả lúc cao điểm, nó sẽ chỉ cung cấp 0,12A, với tải tiêu tan 0,72W.

Tôi nghĩ rằng bằng cách nào đó, người ta có thể sử dụng một máy biến áp tăng cường để tăng điện áp đến mức cần thiết, giao dịch dòng điện trên sơ cấp cho điện áp trên thứ cấp, nhưng cả hai mạch trên đều không làm điều này. Ngoài ra, tất cả các mạng phù hợp trở kháng trên thế giới sẽ không giúp bạn có thêm điện áp trên tải đó.

Tất cả những gì tôi giải thích có thể sai, và đó là lý do tại sao tôi giải thích nó. Xin hãy giúp tôi loại bỏ những hiểu lầm về khái niệm của tôi :)

rf antenna impedance transmitter

— Frogging101
nguồn

Bạn nghĩ gì về kết hợp trở kháng thực sự làm gì? Không có cơ chế mất trong mạng phản ứng và Zout> Zin, giả sử ...

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany Mặc dù vậy, không có lợi ích trong một mạng như vậy. Ngay cả kết hợp hoàn toàn không mất mát sẽ không làm tăng điện áp (và do đó là sức mạnh) trên toàn bộ tải.

— Frogging101

3

Không tăng sức mạnh. Nếu Z đầu ra cao hơn Z đầu vào thì điện áp đầu ra phải cao hơn cho cùng một công suất, phải không? Bảo toan năng lượng. Nghĩ cộng hưởng.

— Spehro Pefhany

Thật vậy, một trong những mạch đó KHÔNG có máy biến áp tăng cường nếu bạn nhìn đúng ...

— Brian Drumond

12

Chìa khóa cho tất cả điều này là "kết hợp trở kháng". Bạn cần bộ khuếch đại để nghĩ rằng nó đang điều khiển trở kháng thấp (vì vậy nó có thể cung cấp nhiều dòng điện từ nguồn cung cấp 5 V, và do đó tạo ra rất nhiều năng lượng). Sau đó, bạn "kỳ diệu" cần phải chuyển đổi các dòng điện đó để lái 50 ohms ở điện áp cao hơn nhiều.

Điều này được thực hiện với một mạng phù hợp trở kháng. Khi bạn viết ra các phương trình điều khiển mạng, nó cần xem xét (tần suất quan tâm - những điều này phải được điều chỉnh để hoạt động) như trở kháng thấp ở đầu vào và trở kháng cao (50 ohm) ở đầu ra.

Có nhiều cách để đạt được kết hợp trở kháng: nếu trở kháng đầu vào của bạn là 5 ohm và bạn muốn khớp với trở kháng đầu ra là 50 ohm ở 27 MHz, bạn có thể sử dụng mạch LC đơn giản

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

mà tôi "tính toán" bằng cách sử dụng http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html và nhập các tham số thích hợp.

Điều xảy ra ở đây là điện áp xoay chiều trên nguồn (có trở kháng R1) dẫn dòng điện vào mạch LC cộng hưởng. Bởi vì đây là các loạt chuyển đổi, chúng trông giống như một trở kháng thấp - nhưng trong thực tế, sự thay đổi điện áp có thể đạt được ở đầu ra rất cao - cao hơn nhiều so với điện áp đầu vào. Viết trở kháng của C1 là Z1 (= 1 / jwC) và trở kháng của L1 là Z2 (jwL), bạn thấy chúng có thể được kết hợp:

R1 và Z1 trong loạt bài: R2 và Z2 song song: $X_1 = R_1 + Z_1$
$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Bây giờ điện áp đầu vào được chia, vì vậy điện áp đầu ra là

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

\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}

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

Bây giờ thuật ngữ tưởng tượng ở phía dưới hủy bỏ khi

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

hoặc là

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

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

Liên kết trên cung cấp cho bạn rất nhiều mạch thay thế sẽ làm điều tương tự - nhưng cuối cùng đối với một máy phát hiệu quả, bạn muốn có trở kháng thực sự ở tần số quan tâm (không có phản xạ) - và hầu như mạch đạt được điều đó cho bạn, gần như bất kỳ trở kháng (tất nhiên với các giá trị đúng của các thành phần).

— Floris
nguồn

Tôi sẽ thực sự cảm ơn, nếu bạn có thể giải thích sâu hơn, làm thế nào một mạch LC (hoặc bất kỳ mạch cộng hưởng nào) có thể đạt được những gì bạn đang nói. Nếu điện áp trên R1 là 12 V, điều đó có nghĩa là điện áp đầu ra (trên R2) sẽ giống nhau không? Tôi xin lỗi, tôi chỉ không nhận được nó. Tôi hiểu, làm thế nào một máy biến áp có thể được sử dụng để kết hợp trở kháng, nhưng điều này ...

— Golaž

1

@ Golaž Tôi cố gắng giải thích thêm một chút. Đây là một chủ đề rất lớn - chỉ cần google "mạch kết hợp trở kháng" và tự tìm hiểu về sự khôn ngoan của internet ...

— Floris

1

Golaz, ai cũng biết rằng một mạch cộng hưởng "khuếch đại" tín hiệu. Bất kể điện áp trên R1 là gì, câu hỏi quan trọng là điện áp trên R2 là gì? Điện áp này đang được tạo ra trên L1. Hãy nghĩ về điều này khi cuộn cảm được "bơm" đúng lúc để tạo ra sự dao động điện áp lớn hơn nhiều. Vì vậy, có sự thay đổi điện áp 45v pp (hoặc lớn hơn) trên tải, không có gì đáng ngạc nhiên!

— Guill

Khi bạn đã đến phần cuối cùng của đơn giản hóa (trong đó thuật ngữ tưởng tượng trong mẫu số sẽ hủy) bạn có thể chỉ ra cách tính VOUT từ VIN bằng biểu thức còn lại không? Không chắc chắn làm thế nào để xử lý j trong tử số.

— lặn biển

2

Nếu bạn nhìn vào một trong những sơ đồ đó, có cuộn cảm ở khắp mọi nơi. Có nhiều cách tạo ra điện áp cao hơn mà không cần sử dụng máy biến áp. Thật vậy, nhìn vào một cuộn dây tia lửa được sử dụng trong xe hơi. Bạn tạo ra điện áp rất lớn bằng cách xây dựng dòng điện và sau đó làm gián đoạn nó, và thiết bị đó là "biến áp". Các mạch này hoạt động theo những cách khác nhau, nhưng ý tưởng cốt lõi của việc tăng điện áp với sự thay đổi dòng điện áp dụng cho cả hai. "Mighty mike" (liên kết đầu tiên) được cộng hưởng với chuỗi "Pi" và "T" được ghép nối với tụ điện. Thiết kế Lythal (liên kết thứ hai) cũng cộng hưởng nhưng với máy biến áp, nó thậm chí còn lưu ý không sử dụng sên ferrite (bị mất) và sẽ làm giảm độ cộng hưởng.

— giữ chỗ
nguồn

2

Trở kháng đầu ra của bóng bán dẫn trình điều khiển có thể khá thấp. Vì vậy, bộ khuếch đại RF có thể rút ra rất nhiều hiện tại. Nói một nửa amp, ở mức 12 V sẽ là khoảng 6 watt. Trông giống như 24 ohms. Sau đó, đi qua một máy biến áp để khớp với tốc độ lên tới 50 ohms tại ăng ten. Điện áp cao hơn, dòng điện thấp hơn, nhưng công suất vẫn như cũ.

— dã man
nguồn

1

Có, trở kháng thấp và biến áp phù hợp RF là phổ biến cho thiết bị cầm tay trong kỷ nguyên trạng thái rắn. Trong kỷ nguyên ống, việc tạo ra đường ray cung cấp 800v trở lên là không phổ biến.

— Chris Stratton

Tôi nhận ra rằng người ta có thể cung cấp nguồn cung cấp năng lượng trước toàn bộ, nhưng có vẻ như những gì tôi nghĩ ra sẽ trực tiếp hơn và ít bộ phận hơn. Và vâng, tôi lớn lên với máy rung và sau đó là bóng bán dẫn chuyển đổi Germanium.

— gbarry

0

Trước hết, tính toán điện áp của bạn là sai. Với nguồn cung cấp 12V đi qua một máy biến áp hoặc cuộn cảm, điện áp trung điểm là 12VDC và điện áp xoay tối đa là 24Vpp. Vì vậy, nó thực sự có thể tạo ra năng lượng gấp 4 lần ở mức 50Ω so với bạn tính toán.

Bạn đã đúng rằng để đặt một sóng hình sin 5W rms vào 50Ω bạn cần gần 45vpp. Nếu đầu ra amp cuối cùng chỉ là 24Vpp thì bạn cần một biến áp tăng cường hoặc mạch khớp trở kháng không tổn hao khác. Để tăng điện áp, trở kháng đầu ra chỉ cần phải cao hơn trở kháng đầu vào.

— Bruce Abbott
nguồn