Wie ist es möglich, dass ein 5-W-Sender 50 Ohm mit einer 12-V-Versorgung antreibt?

Der Schlüssel zu all dem ist "Impedanzanpassung". Der Verstärker muss glauben, dass er eine niedrige Impedanz antreibt (damit er viel Strom aus der 5-V-Versorgung beziehen und somit viel Strom erzeugen kann). Dann müssen Sie diese Ströme "magisch" transformieren, um 50 Ohm mit einer viel höheren Spannung zu treiben.

Dies geschieht mit einem Impedanzanpassungsnetzwerk. Wenn Sie die Gleichungen für das Netzwerk aufschreiben, muss es (bei der interessierenden Frequenz - diese Dinge müssen abgestimmt werden, damit sie funktionieren) wie eine niedrige Impedanz am Eingang und eine hohe (50 Ohm) Impedanz am Ausgang aussehen.

Es gibt viele Möglichkeiten, eine Impedanzanpassung zu erreichen: Wenn Ihre Eingangsimpedanz 5 Ohm beträgt und Sie eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm bei 27 MHz anpassen möchten, können Sie eine einfache LC-Schaltung verwenden

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

die ich "berechnet" habe, indem ich http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html verwendet und die entsprechenden Parameter eingegeben habe.

Was hier passiert, ist, dass die Wechselspannung an der Quelle (mit der Impedanz R1) Strom in den LC-Schwingkreis treibt. Da diese in Reihe geschaltet sind, sehen sie wie eine niedrige Impedanz aus - aber in Wirklichkeit sind die am Ausgang erreichbaren Spannungshübe sehr hoch - viel höher als die Eingangsspannungen. Wenn Sie die Impedanz von C1 als Z1 (=1/jwC) und die Impedanz von L1 als Z2 (jwL) schreiben, sehen Sie, dass sie kombiniert werden können:

R1 und Z1 in Reihe:$X_1 = R_1 + Z_1$
R2 und Z2 parallel:$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Jetzt wird die Eingangsspannung geteilt, also die Ausgangsspannung

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

Jetzt hebt sich der imaginäre Begriff unten auf wenn

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

oder

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

Wenn R1 Null ist und$\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$, können Sie fast jede Spannung in R2 treiben, ohne jemals eine Spannung am Eingang zu erzeugen - da Ihr Strom durch C1 perfekt auf den Strom abgestimmt ist, der in L1 fließt. Aber diese Stromschwankungen erzeugen eine Spannung über L1 und damit über R2. Das hat alles mit der Tatsache zu tun, dass eine LC-Serienschaltung bei Resonanz wie eine viel niedrigere Impedanz aussieht - die Spannung am Ende variiert weniger als die Spannung am Punkt zwischen L und C.

Der obige Link bietet Ihnen viele alternative Schaltungen, die dasselbe tun - aber letztendlich möchten Sie für einen effizienten Sender eine echte Impedanz bei der interessierenden Frequenz haben (keine Reflexion) - und die Anpassungsschaltung erreicht dies für Sie fast jede Impedanz (natürlich mit den richtigen Werten der Komponenten).

Wenn Sie sich eines dieser Schemata ansehen, gibt es überall Induktoren. Es gibt viele Möglichkeiten, ohne Transformator höhere Spannungen zu erzeugen. Schauen Sie sich in der Tat eine Funkenspule an, die in Autos verwendet wird. Sie erzeugen enorme Spannungen, indem Sie Strom aufbauen und dann unterbrechen, und dieses Gerät ist "transformatorlos". Diese Schaltungen arbeiten auf unterschiedliche Weise, aber die Kernidee einer Spannungsanhebung mit einer Stromänderung gilt für beide. Das „mächtige Mikrofon“ (erstes Glied) ist in Resonanz mit der kondensatorgekoppelten „Pi“- und „T“-Kette. Das Lythal-Design (zweites Glied) ist ebenfalls resonant, aber mit einem Transformator weist es sogar darauf hin, keinen Ferrit-Slug (der verlustbehaftet ist) zu verwenden und die Resonanz zu dämpfen.

Die Ausgangsimpedanz des Treibertransistors kann ziemlich niedrig sein. Der HF-Verstärker kann also viel Strom ziehen. Sagen wir ein halbes Ampere, bei 12 V wären das etwa 6 Watt. Das sieht nach 24 Ohm aus. Gehen Sie dann durch einen Transformator, um das bis zu 50 Ohm an der Antenne anzupassen. Die Spannung ist höher, der Strom ist niedriger, aber die Leistung ist immer noch gleich.

Zunächst einmal sind Ihre Spannungsberechnungen falsch. Wenn die 12-V-Versorgung durch einen Transformator oder eine Induktivität geht, beträgt die Mittelpunktspannung 12 VDC und der maximale Spannungshub 24 Vpp. Es könnte also tatsächlich 4-mal mehr Leistung bei 50 Ω erzeugen, als Sie berechnet haben.

Sie haben Recht, dass Sie fast 45 Vpp benötigen, um eine Sinuswelle mit 5 W RMS in 50 Ω zu stecken. Wenn der endgültige Verstärkerausgang nur 24 Vpp beträgt, benötigen Sie einen Aufwärtstransformator oder eine andere verlustfreie Impedanzanpassungsschaltung. Um die Spannung zu erhöhen, muss die Ausgangsimpedanz nur höher sein als die Eingangsimpedanz.

Die Erklärung der Impedanzanpassung ist größtenteils richtig, aber ein bisschen imaginär (Wortspiel beabsichtigt). Um die Frage des OP zu beantworten, können wir durch eine HF-abgestimmte Schaltung "Verstärkung" erzielen. Es schwingt mit und "verstärkt" den Eingangsleistungsantrieb durch das geladene Q des abgestimmten Schaltkreises. Dies geschieht hier, indem viel geschalteter Strom dank des Ausgabegeräts in abgestimmte Schaltungsleistung umgewandelt wird. Die belasteten Qs sind ziemlich niedrig (~5), um eine angemessene Betriebsbandbreite und eine reduzierte dynamische Impedanz zum Treiben des Stroms bereitzustellen. So können begrenzte 12-V-"Stromimpulse" zu einem 60-V-Sinuswellen-Tunnelkreisausgang für theoretische 72 W werden. Aber wir erreichen dieses Nirvana aufgrund von Verlusten nie, aber 5W sind sicherlich machbar. Mehr Macht ? Erhöhen Sie einfach den Schaltstrom des Ausgangsgeräts.