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!

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.

Но данная микросхема работает именно в 50-омном тракте, значит её нагрузка 50 Ом. Или я что-то не так понимаю?

Элементы на схеме применения из вашего даташита между выводами микросхемы 11...13 и выходным разъемом J2 (подписан как тоже входной) стоят не просто так.

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?


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.


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.

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.

Может отошлёте туда, где можно почитать (желательно к понятным руководствам, а не к академическим вещам) или "на досуге" набросаете объяснение.

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.


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

Выход микросхемы также неидеален и близок к 50 омам, вот эти элемены и являются элементами согласования, чтобы на выходе получить максимально близкое значение к тем 50 омам волнового, во всей полосе частот. Хотя это не обеспечивается на 100%, это показано на диаграмме Смитта.

Здесь под V подразумевается не эффективное напряжение, а амплитуда. А Veff=Vamp/sqrt(2). Тогда P=V^2/2R и отсюда соответственно...

Извиняюсь, обсчитался (вместо Ватт подставил дБм ) Но тогда R=5В^2/(2Ватт*2)=6,25 Ом. Так верно?

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.

Можно также предположить, что внутри микросхемы на выходе мощность суммируется.

https://www.youtube.com/watch?v=WAingaHfBMs

За ссылку спасибо. Но суть вопроса в этой видео не раскрывается )))

33dBm на синусе -амплитуда 14В. Выход биполярный, значит балансный выход (0:+7) и (+7:0) даст 14В.
Линейность вообще только до 25dBm, или амплитуда 5.6В

Если выход "прямоугольник", то 25dBm это 4В. А 33dBm это 10В. Все вообще в питание укладывается.
10В балансно это (0:+5) и (+5:0).

Я в СВЧ не разбираюсь, и не понимаю того, что здесь пишут, но если на выходе есть трансформатор, тогда задача решается.

На схеме в даташите С19 и дорожка от С19 до микросхемы и есть трансформатор.

В ВЧ усилителе для получения амплитуды выше питания не нужны ни мостовая схема (которую тут назвали биполярной), ни трансформатор. Достаточно индуктивных элементов (дроссели по питанию и катушки цепей согласования).

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.

Грубо говоря выход микросхемы нагружается на последовательный колебательный контур. А как мы знаем из школы, при резонансе в последовательном контуре напряжение в точке между катушкой и конденсатором контура, возрастает в Q (добротность) раз.
Грубо говоря на пальцах...

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

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".

Ок! Смоделирую, не вопрос. В свободное от досуга время. Я, собственно, имею понятие, что там (в контуре) происходит. Любопытно будет мощность посчитать. LTspice позволяет.
А вот согласующие фильтры считать не умею.
А трансформатора я там, в даташите, не вижу. Кто видит? Кроме zltigo, естественно.

Сомневаюсь, что в LTspice это можно симулировать. Но сам им не пользуюсь, потому не уверен.

Я...
...не вижу

Возьмем синус (узкополосней сигнала не придумать). Какой мощности можно добиться с усилителя, питаемого 5V, с выходным сопротивлением 5 Ом, на нагрузке 50 Ом?
[Что-то тянет на: ]

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.

Толчок получил, проникся.

Рад! А начните, действительно, просто с последовательной цепочки LC подключенной к выходу источника. Увидите на резонансной частоте такоооооееее!!!

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 Iref₂ и Vbias₂ с обвеской и копланарами не просто так жэж придумали:

Каскады тоже между собой согласуются..

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.

описание
И совсем не обязательно если снаружи нет цепей согласования, то внутри они есть.

Ну или вот патент
http://www.google.com/patents/US6177834

Сотни 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.

Смысл спора (а точнее - головоломки) как раз в следующем:
-Видишь суслика трансформатор (балун, согласующую цепь)?
-Нет
-А он есть!

Это выводы, грубо говоря задающие режим работы по постоянному току. Переменная составляющая там конечно тоже есть, но смысл там в постоянке. Iref какой-то опорный ток, а Vbias какое-то напряжение смещения. В даташите это всё есть просто читать не охота. А длинные дорожки на этих проводах и конденсаторы, думаю чтобы отражать переменку обратно в микросхему. Но не уверен в этом на сто процентов. Согласование выходное на выходе, выше уже писали. И напряжения 5 вольт почему достаточно тоже.
Для примера посмотрите однотранзиторные мощные усилители ВЧ ватт на 100, работающие на 50 Ом, с питанием всего 12В или 13.8В

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.

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.

Вот тут дискуссия развернулась

А как же процессора с миллионами транзисторов Хотя тут я с Вами согласен, в приведённом примере их всего три (а может быть и шесть, так как похоже, что три структуры - это балансные усилители по два транзистора)

Кусок микрополоска с конденсаторами это тоже трансформатор, но работающий в узкой полосе частот, на собственном резонансе. Волновое сопротивление такого трансформатора равно корню из произведения сопротивлений, которые надо согласовать. Причем, все сопротивления имеют комплексные значения.

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
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Вот уже два элементарных транзистора
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Вот уже 3 элементарных транзистора
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
А вот уже десяток транзисторов
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Ссылка на сайт производителя
Кстати 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.

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.

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.

Нитрид Галлиевые еще требуют отрицательного напряжения на затворе. Очень неудобно.

А автосмещение не?

serega_sh____ дело говорит.
Транзистором набор транзисторов является в случае параллельного прямого соединения их одноимённых выводов. А сколько там затворов не имеет значения. Правильнее этот параметр называется ширина затвора. Чем она больше, тем больше токи, крутизна, ёмкости и т.п. у конечного транзистора. Можно сделать:
- 1 затвор шириной 200 мкм
- 2 затвора шириной 100 мкм
- 4 по 50 мкм
- 10 по 20 мкм
и в целом у них будут одинаковые параметры.
Только вот брать 1по200 или 10по20 это будет зависеть от частоты, на которую рассчитывается схема при прочих равных условиях.

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.