|
Как достигается большая мощность на нагрузке при небольшом питании |
|
|
|
Apr 12 2016, 05:34
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 455
Регистрация: 13-04-08
Из: Владимирская обл., г. Муром
Пользователь №: 36 738

|
Возможно вопрос в тему к схемотехникам, если что, поправите. Поясню откуда появился такой вопрос. Имеется микросхема усилителя мощности AH314 (даташит прилагаю). У неё точка P1DB = +33 дБм (это два Ватта). Простейшим расчётом определяем, что на нагрузке 50 Ом при заданной мощности нужно иметь размах напряжения в 28.25 В (пик-пик). Вот и непонятно, откуда возьмётся такой размах напряжения, если питание микросхемы всего 5В. Р. S. Сильно не пинайте, именно в таких вопросах новичок. Заранее спасибо!
Прикрепленные файлы
AH314.pdf ( 400.26 килобайт )
Кол-во скачиваний: 148
|
|
|
|
|
 |
Ответов
(1 - 56)
|
Apr 12 2016, 06:01
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 457
Регистрация: 7-06-07
Из: Минск
Пользователь №: 28 262

|
Цитата(Sokrat @ Apr 12 2016, 08:53)  Но данная микросхема работает именно в 50-омном тракте, значит её нагрузка 50 Ом... Элементы на схеме применения из вашего даташита между выводами микросхемы 11...13 и выходным разъемом J2 (подписан как тоже входной) стоят не просто так.
--------------------
Человек учится говорить два года, а молчать - всю жизнь
|
|
|
|
|
Apr 12 2016, 06:26
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 869
Регистрация: 28-02-08
Из: СПБ
Пользователь №: 35 463

|
QUOTE (Sokrat @ Apr 12 2016, 09:34)  Возможно вопрос в тему к схемотехникам, если что, поправите. Поясню откуда появился такой вопрос. Имеется микросхема усилителя мощности AH314 (даташит прилагаю). У неё точка P1DB = +33 дБм (это два Ватта). Простейшим расчётом определяем, что на нагрузке 50 Ом при заданной мощности нужно иметь размах напряжения в 28.25 В (пик-пик). Вот и непонятно, откуда возьмётся такой размах напряжения, если питание микросхемы всего 5В. Р. S. Сильно не пинайте, именно в таких вопросах новичок. Заранее спасибо! Да так и будет. Объясняется все в теории линейных, нелинейных цепей. Так просто в двух словах, вам не объяснить. В переходных процессах напряжение также может превышать напряжение питания, это не удивляет? QUOTE (Jurenja @ Apr 12 2016, 09:45)  Для получения большей мощности при фиксированном напряжении нужно чтобы усилитель работал на нагрузку с меньшим чем 50 Ом сопротивлением. Делают это с помощью пассивных согласующих цепей между выходом усилителя и антенным выходом. Неверно в корне. При меньшем сопротивлении в нагрузке чем 50 Ом, в 50 Омном волновом тракте будет происходить рассогласование и часть мощности удет возвращена источнику. Вследствии такого рассогласования мощность в нагрузке упадет. А часть отраженной мощности будет рассеиваться ( греть) источник или выходной транзистор. КСВ будет расти при уменьшении сопротивления. Часто в даташитах приводят допустимые значения ксв на короткое время, например 1:10; 1: 20. QUOTE (Sokrat @ Apr 12 2016, 09:53)  Но данная микросхема работает именно в 50-омном тракте, значит её нагрузка 50 Ом. Или я что-то не так понимаю? Все верно в 50-омном тракте ( это волновое сопротивление ) нужно стремиться обеспечить 50 Омную нагрузку, чтобы иметь максимальный кпд и минимальный ксв 1:1. На это зачастую трудно обеспечить, из-за комплексного характера нагрузки. Часто согласование обеспечивается пассивными согласующими элементами C, L, трансформаторами, балунами и тп.
|
|
|
|
|
Apr 12 2016, 06:27
|
Знающий
   
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305

|
Классика из студенческого курса радиопередающих устройств. Просто когда-то мы все это учили, а потом ударились в цифру и вся аналоговая техника вылетела из головы. Здесь фокус в том, что реальное нагрузочное сопротивление усилителя мощности делается меньше, чем стандартное волновое сопротивление тракта 50 Ohm, а значит при малой амплитуде напряжения, получается большая мощность. В Вашем конкретном случае при амплитуде напряжения 5V (определяется напряжением питания) нагрузочное сопротивление должно быть R=V^2/(2*P)=6,25 Ohm. Далее узкополосная согласующая цепь должна трансформировать эти 6,25 Ohm в 50 Ohm.
Сообщение отредактировал Proffessor - Apr 12 2016, 06:49
|
|
|
|
|
Apr 12 2016, 06:35
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 455
Регистрация: 13-04-08
Из: Владимирская обл., г. Муром
Пользователь №: 36 738

|
Цитата(Aner @ Apr 12 2016, 09:20)  Да так и будет. Объясняется все в теории линейных, нелинейных цепей. Так просто в двух словах, вам не объяснить. В переходных процессах напряжение также может превышать напряжение питания, это не удивляет? Может отошлёте туда, где можно почитать (желательно к понятным руководствам, а не к академическим вещам) или "на досуге" набросаете объяснение. Цитата(Aner @ Apr 12 2016, 09:20)  Неверно в корне. При меньшем сопротивлении в нагрузке чем 50 Ом, в 50 Омном волновом тракте будет происходить рассогласование и часть мощности удет возвращена источнику. Вследствии такого рассогласования мощность в нагрузке упадет. А часть отраженной мощности будет рассеиваться ( греть) источник или выходной транзистор. КСВ будет расти при уменьшении сопротивления. Часто в даташитах приводят допустимые значения ксв на короткое время, например 1:10; 1: 20. Да и согласующая цепочка состоит из меньшего сопротивления, а не из большего, на которой (по идее) размах напряжения (именно напряжения) должен быть ещё меньше, чем на 50-омах. Цитата(Proffessor @ Apr 12 2016, 09:27)  Здесь фокус в том, что реальное нагрузочное сопротивление усилителя мощности делается меньше, чем стандартное волновое сопротивление тракта 50 Ohm, а значит при малой амплитуде напряжения, получается большая мощность. В Вашем конкретном случае при амплитуде напряжения 5V (определяется напряжением питания) нагрузочное сопротивление должно быть R=V^2/(2*P)=2,5 Ohm. Далее узкополосная согласующая цепь должна трансформировать эти 2,5 Ohm в 50 Ohm. Вот, вроде бы, понятно объясняете, спасибо. Но почему-то не покидает чувство, что "Что-то здесь не так!"  А как вы эти 2,5 Ома посчитали. Да и формула вроде как не R=V^2/(2*P) , а просто R=V^2/P и тогда получается, что R=5^2/P=0,75 Ом
|
|
|
|
|
Apr 12 2016, 07:38
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 259
Регистрация: 26-11-09
Пользователь №: 53 893

|
Цитата(Sokrat @ Apr 12 2016, 10:49)  Уважаемый Aner. Как Вы считаете, объяснение Proffessora близко к истине? Он же вам все расписал, а Вы еще сомневаетесь))) И узкая выходная полоса как ничто лучше подтверждает наличие на выходе согласующего трансформатора на 50 ом.
--------------------
Такого вообще-то не должно быть — но исключать такого нельзя.
|
|
|
|
|
Apr 19 2016, 10:31
|

Voltage Control Output
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436

|
Цитата(Sokrat @ Apr 19 2016, 13:18)  И как же сие будет работать? Можете пояснить, а не сказать как аксиому!! Такое решение работает на узкополосном сигнале, как в усилителе GVA-91 от Mini-Circuits, где согласующие цепочки настраиваются на центральную частоту. В широкополосных сигналах используют балуны и трансформаторы, как здесь справедливо подмечено. Вообще, в радио работают мощности, а не напряжения или токи, поэтому такие финты вполне естественны. Альтернативным образом согласуют кварцевые и ПАВ-фильтры, повышая рабочее напряжение и снижая рабочий ток.
--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
|
|
|
|
|
Apr 19 2016, 12:00
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 112
Регистрация: 23-11-11
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 68 470

|
Цитата(ViKo @ Apr 19 2016, 14:20)  Присоединяюсь к вопросу. Можно показать в спайс-симуляторе, что напряжение без трансформатора подскочит выше питания? Можно. Берете источник синусоиды с выходным сопротивлением 50 Ом например. Считаете согласующий фильтр со входным сопротивление 50 Ом и выходным например 200 Ом. Ставите нагрузку 200 Ом. Сравниваете напряжение на источнике и на нагрузке в полосе фильтра
|
|
|
|
|
Apr 19 2016, 12:14
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 13 372
Регистрация: 27-11-04
Из: Riga, Latvia
Пользователь №: 1 244

|
QUOTE (microwave_spb @ Apr 19 2016, 15:00)  Берете источник синусоиды с выходным сопротивлением 50 Ом например. Считаете согласующий фильтр со входным сопротивление 50 Ом и выходным например 200 Ом. Ставите нагрузку 200 Ом. Сравниваете напряжение на источнике и на нагрузке в полосе фильтра  В данном случае нагляднее, например, 5 Ом выходное источника и 50 Ом нагрузки. Ну а слово фильтр, Вы зря помянули - ViKo только слово "спайс-симулятор" знает и картинки в нем. Пусть для начала, действительно, узнает словосочетание колебательный контур и этот вырожденный вариант отмоделирует. Для понимания как оно "без трансформатора", как его ViKo себе представляет, будет вообще эффектно  . На самом деле, конечно, трансформатор, таки есть, но не "привычный" вариант с "двумя обмотками".
--------------------
Feci, quod potui, faciant meliora potentes
|
|
|
|
|
Apr 19 2016, 13:13
|

Voltage Control Output
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436

|
Цитата(ViKo @ Apr 19 2016, 15:44)  LTspice позволяет. Сомневаюсь, что в LTspice это можно симулировать. Но сам им не пользуюсь, потому не уверен. Цитата А вот согласующие фильтры считать не умею. А трансформатора я там, в даташите, не вижу. Кто видит? Я... ...не вижу
--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
|
|
|
|
|
Apr 19 2016, 13:57
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 13 372
Регистрация: 27-11-04
Из: Riga, Latvia
Пользователь №: 1 244

|
QUOTE (ViKo @ Apr 19 2016, 15:44)  А трансформатора я там, в даташите, не вижу. Кто видит? Кроме zltigo, естественно. Это потому, что Вы не знаете, что такое трансформатор  . Например, четвертьволновый отрезок линии передачи тоже есть самый настоящий трансформатор, но, повторю - не "привычный" вариант с "двумя обмотками". И фильтр на дискретных элементах, который Вам предложили посчитать, тоже есть узкополосный трансформатор сопротивления.
--------------------
Feci, quod potui, faciant meliora potentes
|
|
|
|
|
Apr 20 2016, 05:07
|

Voltage Control Output
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436

|
Чеслово, не увидел я там никакого трансформатора на выходе. Кстати, его более низкочастотный аналог AH323 тоже 5-вольтовый. Каким-то образом преобразование сопротивлений формируется внутри 2-го каскада. Выводы Iref 2 и Vbias 2 с обвеской и копланарами не просто так жэж придумали: Цитата The integrated interstage match minimizes performance variation that would otherwise be attributed to external matching component value and placement tolerances.
--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
|
|
|
|
|
Apr 20 2016, 06:11
|
Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 578
Регистрация: 27-06-08
Из: с Урала
Пользователь №: 38 578

|
Я в данный AH314 заглянуть не могу. Но если посмотреть на какой нибудь аналог, то внутри кристалла видны как цепи согласования(трансформаторы), так и схемы сложения многих сотен транзисторов (треугольники перед и после гребёнок). Ну вот например, первый попавшийся. описаниеИ совсем не обязательно если снаружи нет цепей согласования, то внутри они есть. Ну или вот патент http://www.google.com/patents/US6177834
|
|
|
|
|
Apr 20 2016, 10:15
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 81
Регистрация: 20-08-14
Пользователь №: 82 588

|
Цитата(serega_sh____ @ Apr 20 2016, 09:11)  Я в данный AH314 заглянуть не могу. Но если посмотреть на какой нибудь аналог, то внутри кристалла видны как цепи согласования(трансформаторы), так и схемы сложения многих сотен транзисторов (треугольники перед и после гребёнок). Ну вот например, первый попавшийся. описаниеИ совсем не обязательно если снаружи нет цепей согласования, то внутри они есть. Ну или вот патент http://www.google.com/patents/US6177834Сотни транзисторов ни в один корпус не влезет. У вас в примере их там всего три. И вообще я не понимаю спора "есть трансформатор, нет трансформатора". Трансформатор можно обозвать согласующей цепью, смысл от этого не изменится. Входной/выходной импеданс трансформируется в импеданс генератора/нагрузки с помощью согласующих цепей (читай трансформаторов). Как-то так.
Сообщение отредактировал Maksa - Apr 20 2016, 10:15
|
|
|
|
|
Apr 20 2016, 10:32
|

Voltage Control Output
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436

|
Цитата(Maksa @ Apr 20 2016, 13:15)  И вообще я не понимаю спора "есть трансформатор, нет трансформатора". Трансформатор можно обозвать согласующей цепью, смысл от этого не изменится. Входной/выходной импеданс трансформируется в импеданс генератора/нагрузки с помощью согласующих цепей (читай трансформаторов). Как-то так. Смысл спора (а точнее - головоломки) как раз в следующем: -Видишь суслика трансформатор (балун, согласующую цепь)? -Нет -А он есть!
--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
|
|
|
|
|
Apr 21 2016, 05:27
|

Voltage Control Output
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 598
Регистрация: 21-07-09
Из: Kursk
Пользователь №: 51 436

|
Цитата(Den64 @ Apr 20 2016, 17:00)  Это выводы, грубо говоря задающие режим работы по постоянному току. Тактонотак, но обычно Vbias - это отрицательное напряжение, и обычно обходятся одним биасом и в более широкополосных и высокочастотных усилках. Часто обходятся вообще без биасов. А на таких низких частотах я вижу необходимость в биасах именно для раскачки мощности. Цитата Для примера посмотрите однотранзиторные мощные усилители ВЧ ватт на 100, работающие на 50 Ом, с питанием всего 12В или 13.8В Так они-то как раз имеют очень низкие импедансы и обвешиваются нехилиыми согласующими цепями и цепями смещения. JFET вообще короткозамкнут по включению. Собственно говоря, всё уже ясно: понижение, усиление и повышение сопротивления происходит внутри кристалла, об этом сами Трикуинты написАли, я именно их выше цитировал.
--------------------
Слово - не воробей, вылетит - не пощадит
|
|
|
|
|
Apr 21 2016, 18:41
|
Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 578
Регистрация: 27-06-08
Из: с Урала
Пользователь №: 38 578

|
Цитата(Maksa @ Apr 21 2016, 21:06)  Так там-то кремний. По поводу балансных усилителей - не вижу там их. Там сигнал с первого каскада делится, после второго суммируется. Если вы про подводящиеся к транзисторам линии, так это просто дублирование цепей питания с двух сторон кристалла. Похоже проблемма в масштабах и "сусликах". Там в каждой гребёнке по сотне элементарных транзисторов. И обьясняется это просто. Признак одного элементарного транзистора, по простецки - всегда есть один затвор. Если смотреть на структуру, то видно подводящие линии и структура переходов транзистора. Если на гребенчатую структуру приходит разделяющийся на сотню затвор. А со структуры выходит сотня суммировавшихся стоков. То чем это не сотня элементарных транзисторов? Причем в мощных транзисторах подвод идёт золотыми проволочками, а в остальных печатными на кремнии. Приведу ещё пример. Пример, более простой. Чаще всего один элементарный транзистор виден в МШУ-шном элементарном чипе. Вот один элементарный транзистор
Вот уже два элементарных транзистора
Вот уже 3 элементарных транзистора
А вот уже десяток транзисторов
Ссылка на сайт производителяКстати если до сих пор не верите, то посмотрите на диаграмму смитта этого примера у одного элементарного транзистора и десятка элементарных транзисторов. А как меняется значения входных и выходных импедансов? А как меняется мощность у данных транзисторов? А если сделать сотню таких в ряд?... Далее. Если производитель при корпусировании будет распаивать одной проволочкой или 3-мя проволочками согласование будет меняться? А если производитель чипов сделает тоненький индуктивный проводничёк у затвора это будет элементом согласования? А вот по поводу трикюинта - очень серьёзная американская контора, у которой очень хорошая стабильность техпроцесса и большие военные заказы. Чего бы не делать для конкретного заказчика согласованных микросхем? В вопросе ТС был приведён пример - транзистора на определённый диапазон частот, причём очень узенький. Тут можно сразу говорить что там внутри цепи согласования. Хотя спорить не буду. Каждый сам придумывает себе проблемы. Если я не прав, то покажите мне какую нибудь очень хорошую книжку. Буду читать книжки.
|
|
|
|
|
Apr 21 2016, 19:20
|
Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 578
Регистрация: 27-06-08
Из: с Урала
Пользователь №: 38 578

|
Цитата(Maksa @ Apr 21 2016, 23:12)  Я то верю, только никто же не будет говорить, что "в данной структуре десять элементарных транзисторов". Транзистор он и есть транзистор, какая бы у него ни была периферия и количество затворов. Да и сотню таких вряд сделать не получится, ибо как вы такую огромную лошадь будете в усилители ставить? Говорит то не будут, но понимать принципы то надо. а в чем проблема? Эта сотня транзисторов приводила к тому, что: 1. При биполярной технологии для согласования мощных каскадов требовалось преобразовать входные и выходные импедансы транзисторов с милиОм до 50Ом. (смотри мотороловские апликашки. Смотри на трансформаторы и их коэффициент трансформации) 2. В полевой технологии на мощных транзисторах с пары Ом на 50 Ом. 3. В нитрид галиевых с 50 Ом на 50 Ом. т.е. вообще без согласования. По этому и широкополосные они. И поэтому многие на них смотрят. Хоть и большие искажения имеют.
|
|
|
|
|
Apr 21 2016, 19:34
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 81
Регистрация: 20-08-14
Пользователь №: 82 588

|
Просто физически такой большой транзистор сложно монтировать, может быть даже порезать пластину на такие транзисторы сложно. Пока что самое большое, что я видел, это вот http://www.wolfspeed.com/cgh60120d . Там затворов порядка 40 штук.
|
|
|
|
|
May 3 2016, 09:54
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 92
Регистрация: 17-04-14
Пользователь №: 81 421

|
Цитата(Sokrat @ Apr 23 2016, 11:45)  Ради "так сказать повышения образованности" )))): "У какого варианта частотные свойства будут лучше у 1по200 или 10по20 и почему?" С повышением частоты будет уменьшаться длина волны, поэтому нужно корректировать ширину сегмента. На частотах пониже можно также делать 100по20um затворов. Но с точки зрения рационального использования поверхности кристаллов это может оказаться некрасивой затеей. + тут ещё роль играет характеристики оборудования, на котором формируют геометрию затворов.
|
|
|
|
|
Nov 28 2016, 07:03
|
Знающий
   
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305

|
Цитата(ASDFG123 @ Nov 27 2016, 20:07)  Да. Pabs = Pinc - Pref. Нашел эти формулы. Только не пойму почему когда меняешь нагрузки, также меняются показатели Pinc которые с отвода снимаются. Ведь по логике усилитель все равно вдует столько мощности сколько может (будет ток или уменьшатся или увеличиваться). Или же показатели Pinc растут с ростом сопротивления нагрузки ? А Вы уверены что снимаете со своего квазиответвителя именно Vinc а не векторную сумму Vinc и Vref с неизвестным коэффициентом пропорциональности? Прежде всего найдите калиброванный НО для измерений. К тому же известные измерители мощности на основе НО правильно измеряют при условии малого КСВ.
Сообщение отредактировал Proffessor - Nov 28 2016, 10:00
|
|
|
|
|
  |
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|