Was ist die Ausgangsimpedanz von HF-Leistungsverstärkern?

Wenn es darauf ankommt, diskutieren wir Festkörper-Linearverstärker der Klasse AB, die unter 50 MHz und in der Größenordnung von 100 W arbeiten.

Hier ist meine Verwirrung: Ich würde idealerweise denken, dass die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 0 Ω oder zumindest so niedrig wie möglich ist. Dies würde den Verlust minimieren und die Lastimpedanz würde nicht viel ausmachen.

In Datenblättern für diese Verstärker wird die Ausgangsimpedanz jedoch fast immer mit 50 Ω angegeben. Sicher, dies bedeutet, dass Reflexionen von der Last in der Quelle absorbiert werden, aber für HF und die Art von Dingen, die normalerweise auf HF (AM, SSB) übertragen werden, verzerren Reflexionen das Signal nicht merklich.

Ich würde denken, dass jede Art von resistiver 50Ω-Quelle bedeuten würde, dass der Wirkungsgrad des Verstärkers nicht mehr als 50% betragen kann. Die 50Ω-Quelle könnte auch mit reaktiven Komponenten realisiert werden, die die Effizienz verbessern würden, jedoch die Verwendung auf mehreren Frequenzen ausschließen würden.

Wie hoch ist die Ausgangsimpedanz eines typischen Verstärkers dieser Art und warum?

Was passiert, wenn eine sehr steife Quelle eine Übertragungsleitung antreibt? Sie erhalten Reflexionen, und diese Reflexionen treten an beiden Enden auf. Wenn die Quelle nicht terminiert ist, verursachen leichte Fehler im Kabel oder ein Abschluss am RX-Ende Reflexionen, die dann mit 100% iger Effizienz wieder im Kabel reflektiert werden und Probleme verursachen.

Dann stellt sich die Frage, wie ich den Tx und den Rx terminieren kann, ohne die Amplitude um 1/2 zu verringern, weil Sie schließlich einen Spannungsteiler bilden.

Der einfache Ansatz besteht darin, einen Abschluss (Vorwiderstand) direkt nach dem idealen, sehr steifen Treiber und bevor er auf das Kabel trifft, in den Verstärker einzubauen. Um den Verlust auszugleichen, geben Sie das Spannungssignal vom angesteuerten Ende des Kabels zurück und veranlassen den Treiber, härter zu fahren, um den Abschluss des Spannungsteilers auszugleichen.

Anspruchsvollere Treiber gestalten den Differenzwiderstand des Verstärkers tatsächlich so, dass er entsprechend angepasst wird und somit effizienter ist. Natürlich kann man mit diesem Ansatz nicht nach DC fahren, aber oft ist das nicht das Problem.

Dies bedeutet natürlich, dass jeder gegebene Treiber dann für eine explizite Abschlussimpedanz ausgelegt sein muss.

Bei der Bearbeitung: Ich habe vergessen, den einfachsten Fall zu erwähnen, in dem Sie ihn so konstruieren, dass er mit der doppelten Spannung betrieben wird und über einen eingebauten Abschlusswiderstand verfügt. Dies ist weniger energieeffizient und hat den Nebeneffekt, dass ein nicht geladener Verstärker die doppelte Spannung ausgibt.

Im Allgemeinen haben lineare Verstärker ihre Lasten auf dem Drain oder auf dem Kollektor, und wenn die Frequenz hoch ist, ist die Rückkopplung lokal. Auf diese Weise ist die Ausgangsimpedanz sehr hoch. Sie sollten sich also wirklich eine Stromquelle vorstellen, die eine Linie mit verteilten Konstanten steuert. Dies verursacht unter Impedanzgesichtspunkten einen Spannungsanstieg bei Resonanz des Systems, wenn die Last entfernt wird. Zirkulatoren oder andere Spannungs- und Strombegrenzer werden verwendet, um die maximale Belastung der aktiven Komponenten zu begrenzen.

Die meisten linearen Breitband-HF-Verstärker (denken Sie daran, wir sprechen hier von UNTER 30 MHz!) Modellieren tatsächlich als mehr oder weniger Spannungsquellen, die so ausgelegt sind, dass sie in ihren sicheren Betriebsbereichen bis zu einer bestimmten Lastimpedanz bleiben. Sie können eine als Stromquelle entwerfen, und tatsächlich sieht eine einzelne Endstufe bei UKW und höher häufig so aus (Die Drain-Drossel sieht für HF wie eine Stromquelle aus, und das Gerät ist eine spannungsgesteuerte Transkonduktanz).

Die konjugierte Anpassung (und harmonische Abstimmung) ist für Schmalbandverstärker geeignet, kann jedoch über das für einen Breitband-HF-Verstärker typische Jahrzehnt der Bandbreite effektiv nicht angewendet werden.

Tatsächlich wird bei den meisten HF-Linearverstärkern die Drain-Impedanz weitgehend durch die durch das Ausgangsanpassungsnetzwerk reflektierte Lastimpedanz bestimmt und ist immer nur bei voller Leistung optimal, sobald Sie die Drain-Impedanz bei konstanter Versorgung zu niedrig einstellen Spannung und der Wirkungsgrad geht komplett in den Topf.

Je nach Ausführung erscheinen sie entweder als Spannungsquellen (sehr niedriges Z) oder als Stromquellen (sehr hohes Z), aber in keinem Fall beträgt die AUSGANGSimpedanz eines HF-Bandverstärkers typischerweise 50 Ohm, es sei denn, sie ist Teil eines Testgeräts (wo die zusätzliche Verluste sind akzeptabel), jetzt ist die Auslegungslastimpedanz eine andere Sache!

Kommunikationsleitungstreiber sind ein etwas anderes Tier als Dinge, die zum Antreiben von Antennen gedacht sind, da sie häufig versuchen, in elektrisch lange Leitungen zu fahren, die am anderen Ende stark nicht übereinstimmen. Hier ist die Quellenbeendigung und der Verlust von 6 dB Laufwerkspegel eine vernünftige Wahl.