Comment est-il possible d'avoir un émetteur 5W alimentant 50 ohms avec une alimentation 12V?

Disons donc que vous avez un circuit, qui génère une onde porteuse à une certaine fréquence (disons 27 MHz) et qu'il est connecté à une charge fictive de 50 ohms (qui, je suppose, équivaut à une antenne à des fins d'analyse de circuit). Et il est alimenté par une alimentation régulée 12V.

Imaginez donc que l'onde porteuse est de 12 volts crête-crête, ce qui correspond à 4,242 volts RMS. Selon la formule $P = (V_{rms})^2/R$ , cela donne une puissance de sortie d'environ 0,36W. Même sans tenir compte de la puissance moyenne, 12V en 50 $\Omega$ est de 2,88W. Et le pic de la forme d'onde est en fait de 6 V, et à 50 ohms, cela ne représente que 0,72 W.

Comment alors des circuits comme ces sorties de 5W ou plus avec une alimentation 12V (donner ou prendre quelques volts)?

• http://www.rason.org/Projects/transmit/transmit.pdf (Celui-ci signale que lors de la construction, la sortie était en fait supérieure à 7 W)

• http://www.radanpro.com/Radan2400/Transmitter/5-Watt%20Transmitter%20by%20SM0VPO.htm

Si vous vouliez une moyenne de 5 W sur une charge de 50 ohms, vous auriez besoin d'une tension crête à crête de près de 45 V. Pour 100 W, vous auriez besoin d'un signal de 200 V crête à crête! Je doute que les gens alimentent leurs radios avec des tensions aussi élevées.

Ce que je ne comprends pas, c'est comment on obtient plus de puissance d'un circuit avec une charge fixe et une tension d'alimentation fixe . Même si votre amplificateur peut fournir 100 A, I = V / R; Avec une alimentation 12V, la loi d'Ohm dit que même au pic, elle ne fournira que 0,12 A, avec une charge dissipant 0,72 W.

Je pense que l'on pourrait en quelque sorte utiliser un transformateur élévateur pour augmenter la tension au niveau nécessaire, en échangeant le courant sur le primaire contre la tension sur le secondaire, mais aucun des circuits ci-dessus ne le fait. En dehors de cela, tous les réseaux d'adaptation d'impédance dans le monde ne vous procureront pas plus de tension à travers cette charge.

Tout ce que j'ai expliqué peut très bien être faux, et c'est pourquoi je l'ai expliqué. S'il vous plaît, aidez-moi à résoudre mes malentendus conceptuels :)

La clé de tout cela est "l'adaptation d'impédance". Vous avez besoin de l'amplificateur pour penser qu'il entraîne une faible impédance (il peut donc générer beaucoup de courant à partir de l'alimentation 5 V et donc générer beaucoup d'énergie). Ensuite, vous "magiquement" devez transformer ces courants pour conduire 50 ohms à une tension beaucoup plus élevée.

Cela se fait avec un réseau d'adaptation d'impédance. Lorsque vous écrivez les équations régissant le réseau, il doit ressembler (à la fréquence d'intérêt - ces choses doivent être réglées pour fonctionner) comme une faible impédance à l'entrée et une impédance élevée (50 ohms) à la sortie.

Il existe de nombreuses façons d'obtenir l'adaptation d'impédance: si votre impédance d'entrée est de 5 ohms et que vous souhaitez l'adapter à une impédance de sortie de 50 ohms à 27 MHz, vous pouvez utiliser un simple circuit LC

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

que j'ai "calculé" en utilisant http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html et en entrant les paramètres appropriés.

Ce qui se passe ici, c'est que la tension alternative sur la source (avec l'impédance R1) entraîne le courant dans le circuit LC résonnant. Parce qu'ils sont commutés en série, ils ressemblent à une faible impédance - mais en réalité, les oscillations de tension qui peuvent être obtenues à la sortie sont très élevées - beaucoup plus élevées que les tensions d'entrée. En écrivant l'impédance de C1 comme Z1 (= 1 / jwC) et l'impédance de L1 comme Z2 (jwL), vous voyez qu'ils peuvent être combinés:

$X_1 = R_1 + Z_1$
$X_2 = R_2 * Z_2 / (R_2 + Z_2)$

Maintenant, la tension d'entrée est divisée, donc la tension de sortie est

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

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

Maintenant, le terme imaginaire en bas s'annule lorsque

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

ou

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

Si R1 est nul et $\omega = \sqrt{\frac{1}{LC}}$, vous pouvez conduire presque n'importe quelle tension dans R2 sans jamais générer de tension à l'entrée - car votre courant à travers C1 est parfaitement adapté au courant circulant dans L1. Mais ces variations de courant génèrent une tension aux bornes de L1 et donc aux bornes de R2. Tout cela a à voir avec le fait qu'un circuit LC en série ressemble à une impédance beaucoup plus faible à la résonance - la tension à la fin varie moins que la tension au point entre L et C.

Le lien ci-dessus vous donne beaucoup de circuits alternatifs qui feront la même chose - mais en fin de compte pour un émetteur efficace, vous voulez avoir une réelle impédance à la fréquence d'intérêt (pas de réflexion) - et le circuit d'adaptation réalise cela pour vous, à presque toute impédance (avec les bonnes valeurs de composants, bien sûr).

Si vous regardez l'un de ces schémas, il y a des inducteurs partout. Il existe de nombreuses façons de générer des tensions plus élevées sans utiliser de transformateur. En effet, regardez une bobine d'étincelle utilisée dans les voitures. Vous générez des tensions énormes en augmentant le courant puis en l'interrompant, et cet appareil est "sans transformateur". Ces circuits fonctionnent de différentes manières, mais l'idée centrale d'une augmentation de tension avec un changement de courant s'applique aux deux. Le "micro puissant" (premier maillon) résonne avec une chaîne "Pi" et "T" couplée par condensateur. La conception Lythal (deuxième lien) est également résonnante mais avec un transformateur, elle note même de ne pas utiliser de bouchon de ferrite (qui est avec perte) et atténuerait la résonance.

L'impédance de sortie du transistor d'attaque peut être assez faible. L'amplificateur RF peut donc tirer beaucoup de courant. Disons un demi-ampli, à 12V ce serait environ 6 watts. Cela ressemble à 24 ohms. Ensuite, passez par un transformateur pour faire correspondre jusqu'à 50 ohms à l'antenne. La tension est plus élevée, le courant est plus faible, mais la puissance est toujours la même.

Tout d'abord, vos calculs de tension sont erronés. Avec l'alimentation 12V passant par un transformateur ou une inductance, la tension médiane est 12VDC et l'oscillation maximale de la tension est 24Vpp. Il pourrait donc produire 4 fois plus de puissance à 50 Ω que ce que vous aviez calculé.

Vous avez raison de dire que pour mettre une onde sinusoïdale efficace de 5 W en 50 Ω, vous avez besoin de près de 45 Vpp. Si la sortie finale de l'ampli n'est que de 24 Vpp, vous avez besoin d'un transformateur élévateur ou d'un autre circuit d'adaptation d'impédance sans perte. Pour augmenter la tension, l'impédance de sortie doit simplement être supérieure à l'impédance d'entrée.