Frage:
Warum beschädigt "hohes SWR" Sender anstelle von "Impedanzfehlanpassung"?
natevw - AF7TB
2016-05-07 06:04:35 UTC
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Im Audiobereich, in dem die Kabellängen im Vergleich zur Signalwellenlänge unbedeutend sind, würde ich eine Impedanzfehlanpassung, die einen Verstärker beschädigt, wie folgt verstehen:

Nehmen Sie einen Audioverstärker, der 100 Watt Leistung liefern kann ein 8 Ohm Lautsprechertreiber. Unter normalen Betriebsbedingungen würde also durch P = R * I ^ 2 3,5 A Strom fließen, um diese 100 W zu liefern. Wenn dieser Verstärker stattdessen an 2-Ohm-Lautsprecher angeschlossen wäre, müsste er 7 A Strom durchlassen, vorausgesetzt, er versucht immer noch, die gleichen 100 W zu liefern.

Noch einfacher gesehen: Eine 2-Ohm-Last neigt dazu, "kurz" zu sein Schaltung "ein Verstärker für eine 8-Ohm-Last. Nach dieser Logik würde das Anschließen desselben Verstärkers an eine 32-Ohm-Last nicht schaden, da der resultierende Strom kleiner als erwartet wäre.


Bei Radiofrequenzen machen wir uns keine Sorgen Die Impedanz ist "zu niedrig", aber "zu nicht übereinstimmend", und wir verwenden SWR, um diese Nichtübereinstimmung darzustellen.

Warum wird in RF eine 500-Ohm-Last, dh ein 10: 1-SWR, an den 50-Ohm-Ausgang meines Verstärkers angeschlossen? wird als genauso schlimm angesehen wie das Verursachen eines 10: 1-SWR durch Anschließen einer 5-Ohm-Last?

Verursachen die beiden 10: 1-SWR-Fälle aus verschiedenen Gründen einen Verstärkerausfall? Ich frage mich, ob es im 5-Ohm-Fall nur ein einfacher "zu viel Strom" ist, wie im Audio-Fall, aber im 500-Ohm-Fall erhöht die Übertragungsleitung irgendwie die Spannung über das hinaus, was die Transistoren sind kann damit umgehen.

Macht es einen Unterschied, wenn wir die Übertragungsleitung komplett eliminieren, so dass sich stehende Wellen nicht wirklich entwickeln können? Wäre es in Ordnung, einen hochohmigen Antennenspeisepunkt direkt ohne Probleme an einen Sender anzuschließen, während eine niederohmige Antenne immer noch einen Überstrom verursachen könnte?

[Eine ähnliche Frage (die meiner Meinung nach leider keine Antworten hat, die die Frage tatsächlich verstehen)] (http://ham.stackexchange.com/questions/5106/is-there-an-optimum-transmission-line-length- für maximale Kraftübertragung).
Kein hohes SWR zerstört das Radio, aber sehr hohe Spannung oder hohe Temperatur in der PA-Phase. Beides kann auf Impedanzfehlanpassung / SWR zurückzuführen sein. "Hoher SWR-Schaden" ist nur ein kurzer Ausdruck
Die akustische Lautsprecherimpedanz (fast Widerstand BTW) hat den Charakter "minimal". In der Antenne hat das Zeichen "gleich" (als möglich). Beispielsweise kann ein akustischer Verstärker nicht durch ein offenes Lautsprecherkabel beschädigt werden. Tiefe Unterschiede
Drei antworten:
Phil Frost - W8II
2016-05-12 22:28:30 UTC
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Seit ich diese Antwort geschrieben habe, habe ich erfahren, dass diese Erklärung nicht ganz richtig ist. Ich lasse es, weil es auch nicht ganz falsch ist.

Letztendlich ist es eine Impedanzfehlanpassung (wirklich eine zu niedrige Impedanz), die die Sender beschädigt. Zu erkennen ist, dass die Impedanz, die von den endgültigen Leistungstransistoren im Verstärker gesehen wird (der Teil, der normalerweise bricht), nicht die gleiche Impedanz an den Anschlüssen des Verstärkers hat.

Der Grund dafür ist, dass Verstärker Filter auf ihren enthalten Ausgabe zum Filtern der Oberschwingungsunterdrückung unter anderem. Diese Filter sind unter der Annahme einer ohmschen Last von 50 Ω ausgelegt. Wenn diese Annahme zutrifft, präsentiert der Filter die Entwurfsimpedanz für das Finale, von dem der Konstrukteur festgestellt hat, dass er die Transistoren nicht raucht.

Wenn die Last nicht 50 Ω beträgt, werden die Entwurfsbedingungen verletzt und die Impedanz angegeben Das Finale könnte alles sein. Wenn Sie Glück haben, ist es eine hohe Impedanz, was nur bedeutet, dass der Verstärker nicht seine volle Nennleistung liefern kann. Wenn Sie Pech haben, ist es eine niedrige Impedanz, die zu viel Strom zieht und die Transistoren überhitzt. Es ist schwer vorherzusagen, wo Sie Glück haben und wo Sie Pech haben werden, ohne die Details der Filter des Senders zu kennen. Hier ist ein Beispiel aus Gibt es eine optimale Übertragungsleitungslänge für maximale Leistungsübertragung?

enter image description here

Dies ist eine 30 / 20m Filter, so dass es beabsichtigt ist, bis zu ungefähr 14,4 MHz durchzulassen und alle höheren Harmonischen davon zu dämpfen. Die orange Linie zeigt den Fall, in dem eine angepasste 50 Ω-Last vorhanden ist, während die blauen und braunen Linien 500 Ω- und 5 Ω-Lasten anzeigen, bei denen es sich um zwei Fälle eines 10: 1-SWR handelt.

Beachten Sie, wie die Nichtübereinstimmung Spitzen in den Frequenzgang einführt. Wenn diese Spitzen über der orangefarbenen Linie liegen, sieht der Verstärker eine niedrigere Impedanz, also einen höheren Strom und mehr Leistung. Hier ist das Potenzial für Schäden. Einer dieser blauen Peaks liegt genau bei 14 MHz und etwa 10 dB über der orangefarbenen Linie. Auf 20 Metern versucht ein 100-W-Verstärker plötzlich, 1000 W in eine niedrige Impedanz zu bringen, wodurch diese schnell beschädigt wird.

Es gibt eine beliebige Anzahl von Impedanzen, die zu einem 10: 1-SWR führen, und dies hängt davon ab Auf der Übertragungsleitung erhalten Sie möglicherweise eine davon. Ich schlage vor, ein Smith-Diagramm-Tutorial zu lesen, um sich mit der Funktionsweise vertraut zu machen.

Aus diesem Grund wird das SWR zur Quantifizierung der Übereinstimmungsqualität verwendet: Es ist unabhängig von der Übertragungsleitung Länge. Für jedes gegebene SWR ist die Höhe dieser Peaks in der obigen Grafik ungefähr gleich, und die Bewegung um verschiedene Impedanzen mit demselben SWR ändert sich nur dort, wo sie liegen. Da Sie wirklich nicht wissen, wo sie in der Praxis liegen, ist es am besten, generell einen hohen SWR zu vermeiden.

Phil Frost - W8II
2017-02-14 20:25:56 UTC
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Das VSWR ist nicht das Problem per se , sondern nur die Impedanz, die an den Terminals des Senders angezeigt wird. Nehmen Sie die Last am Ende der Übertragungsleitung, transformieren Sie sie entsprechend der elektrischen Länge der Zuleitung und setzen Sie diese äquivalente Impedanz direkt an die Klemmen des Senders. Sie haben den gleichen Schaden.

Ein bestimmtes VSWR kann zu einer Reihe von Impedanzen führen. Zum Beispiel kann 5: 1 auf einer 50-Ohm-Leitung 10 Ohm, 250 Ohm und einen Bereich komplexer Impedanzen dazwischen bedeuten. Einige dieser Impedanzen können den Sender beschädigen, andere nicht. Da die Länge der Zuleitung jedoch nicht bekannt ist, ist es am sichersten, das VSWR niedrig zu halten.

Warum kann eine nicht übereinstimmende Last Schäden verursachen? Zusammenfassend besteht die letzte Stufe des Senders aus reaktiven Komponenten, dh Komponenten, die Energie speichern und abgeben. Diese reaktiven Komponenten werden so ausgewählt, dass die Last einen Teil dieser gespeicherten Energie absorbiert. Ohne diese Last, die Energie absorbiert, erscheint die Energie stattdessen als Hochspannung oder Hochstrom an einem Ort, der möglicherweise nicht dafür ausgerüstet ist.

Geben wir ein sehr einfaches Beispiel zur Veranschaulichung: eine sehr vereinfachte Klasse - C Common-Source-Verstärker. Sie haben wahrscheinlich solche Verstärker mit einem Widerstand anstelle von L1 gesehen, aber für Leistungsverstärker ist es üblicher, Induktoren zu verwenden, um die damit verbundenen Widerstandsverluste zu vermeiden.

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Wenn der Transistor eingeschaltet ist, steigt der Strom durch L1 an und L1 speichert Energie. Nehmen wir an, es ist lange genug eingeschaltet, damit der Strom durch L1 auf 1A ansteigt. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, steigt die Spannung an der Last auf 50 V an, da dies erforderlich ist, damit 1A 50 Ω durchläuft. Wir brauchen also M1, um $ V_ \ text {ds (max)} > 50 \: \ mathrm V $ zu haben.

Was passiert, wenn die Last geöffnet ist? Da kein Strom durch die Last fließen kann, steigt die Spannung noch höher an, unabhängig davon, was erforderlich ist, damit 1A weiter durch L1 fließt. In diesem Fall ist es die Spannung, die dazu führt, dass M1 in einen Lawinenzusammenbruch gerät. HF-Leistungstransistoren sind normalerweise nicht für Lawinen ausgelegt, was bedeutet Schaden.

Sie können sich auch andere Situationen vorstellen, die zu einem übermäßigen Drainstrom in M1 führen.

Natürlich eine echte Sender wird komplizierter sein. Es wird wahrscheinlich ein Tiefpassfilter am Ausgang, mehrere Transistoren mit komplexen Impedanzen bei HF und reaktivere Komponenten für die Impedanzanpassung und -filterung haben. Alle diese Werte werden unter der Annahme einer ohmschen Last von 50 Ohm ausgewählt. Welche Lastimpedanzen einen Ausfall verursachen, hängt von der jeweiligen Topologie des Verstärkers ab.

K4ERO
2017-10-06 03:11:01 UTC
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Sender bieten unterschiedliche Leistungsstufen, Wirkungsgrade und Verzerrungen, wenn sich die Last ändert. Dies wird unter Verwendung einer als "Lastzug" bezeichneten Technik untersucht, indem unterschiedliche Lasten an den Sender angelegt werden und die Auswirkung auf die drei oben genannten Dinge festgestellt wird. Dann sind Ausgangsnetzwerke so konzipiert, dass sie den bestmöglichen Kompromiss zwischen diesen drei Dingen bieten. Bei einem Sender, der über einen weiten Frequenzbereich wie 1,8 bis 30 MHz arbeitet, variiert diese optimale Last etwas mit der Frequenz. Daher wird die Schaltung so breitbandig wie möglich gemacht, um die Last über diesen Bereich zu optimieren. Bei einer bestimmten Frequenz und einem bestimmten Leistungspegel könnte eine Änderung der vom Sender gesehenen Last beispielsweise mithilfe eines Antennentuners diesen Drei-Wege-Kompromiss weiter optimieren, aber der Bediener müsste die Effizienz der Leistungsabgabe (einfach durchzuführen) überwachen (etwas schwieriger) zu tun) und Verzerrung (ziemlich schwer zu tun). Daher ist es am besten anzunehmen, dass eine ohmsche Last von 50 Ohm bei allen Frequenzen und Leistungspegeln am besten zu verwenden ist. Sender zwingen Sie dazu, die Stromversorgung zu unterbrechen, wenn das SWR hoch ist, was bedeutet, dass die Last nicht 50 Ohm beträgt. Das Umgehen des "SWR-Foldback" und das Einstellen der maximalen Ausgangsleistung kann dazu führen, dass Effizienz und Verzerrung häufig leiden. In ähnlicher Weise würde eine Abstimmung auf beste Effizienz oder Verzerrung wahrscheinlich die Leistung häufiger reduzieren als nicht.

Zurück zur ursprünglichen Frage: Wenn man Effizienz, Leistung und Verzerrung überwachen könnte, könnte man auf eine bestimmte Frequenz und Leistung abstimmen, um den Sender mit akzeptabler Leistung und Verzerrung kühler laufen zu lassen. Dies würde den Fall darstellen, in dem der Lastwiderstand an den Ausgangsgeräten etwas höher als normal war, genau wie im Fall des Audioverstärkers. In der Praxis ist dies für normale Breitband-Transceiver, die immer in einem kompromittierten Zustand arbeiten, völlig unmöglich.



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