impedenze, adattamenti, riflessioni etc

Dec 23, 2003 7 Replies

da un pò di tempo mi piacerebbe avere qualche chiarificazione su questi concetti.



Mi spiego:



ho un amplificatore RF, ultimo stadio di un trasmettitore a 100MHz, (per esempio)



l'amplificatore è progettato per essere accoppiato ad una antenna con una linea a 50 ohm.



Essendo un amplificatore di potenza presumo che la sua impedenza d'uscita sia più piccola di 50 ohm, poichè non ho interesse ad avere massimo trasferimento di potenza mentre mi fa piacere avere una efficienza ben superiore al 50% che avrei in caso di adattamento.



Qui intervengono i radioamatori. che si incavolano. Dicono che se fosse cosi le riflessioni mi potrebbero provocare rotture dell'ampli.



Io cerco di capire il problema. Credo di interpretare bene se immagino che in fase di progetto, l'amplificatore abbia come design constraint una impedenza di carico pari a50ohm +J0 e sia dimensionato in modo tale che tensioni e correnti cui è sottoposto siano sopportabili a patto di fargli vedere una impedenza vicina a quella indicata.



In questo caso io, utilizzatore, non sò nulla sulla impedenza di uscita dell'ampli (la Zout propria dell'ampli intendo). Inoltre l'operazione di adattamento non significa ottenere sistema adattato (scusate il gioco di parole) ma solo fare in modo che l'ampli veda 50ohm. Avrò comunque sulla linea le cosiddette riflessioni e compagnia bella.



Come lo vedo in pratica questo? In caso di impedenze puramente resistive, posso vederlo come una semplice attenuazione del segnale. Se invece ho termini complessi (cosa più probabile, presumo), lo vedo come uno sfasamento tra I e V che mi comporta che a parità di Pout (attiva) avrò tensioni e correnti di picco maggiori e quindi maggior carico per l'ampli. E' corretto il ragionamento?



Se la RL che applico in uscita è diversa da 50ohm, non posso prevedere nulla di cosa mi può succedere all'amplificatore, in quanto non conosco assolutamente la sua impedenza di uscita. Quindi non posso dire che se lascio aperta l'uscita il finale si romperà certamente. E' giusto?



Mi scuso per la mole e la cattiva organicità delle domande, ma da ragazzetto giocavo con il CB e purtroppo mi sono rimasti concetti su adattamenti e roba varia che rasentano la leggenda metropolitana ed ora vorrei farmi un pò di chiarezza.


ciao e grazie Davide


In linea di massima il ragionamento e' giusto ed infatti sono ben rari gli stadi di potenza che mostrano 50 ohm quando misurati da fuori verso l'ampli: per ottenerlo servono tecniche speciali di combinazione di potenza oppure isolatori in serie all'uscita. Tuttavia non e' detto che questa impedenza sia inferiore a 50 ohm come osservi, perche' tra l'uscita dei componenti attivi e il bocchettone di antenna ci sono componenti reattivi (filtri, impedenze di blocco, gruppi di adattamento di impedenza) che trasformano l'impedenza.

Le riflessioni dal carico, se non e' adattato ai 50ohm richiesti, possono provocare danni all'ampli. Se l'ampli presenta una impedenza 50 ma il carico e' adattato non succede niente.

Esatto.

Come detto sopra, la presenza di reti di adattamento dentro l'ampli fa generalmente vedere ai componenti attivi una impedenza ben diversa da quella di carico. Ad esempio un carico aperto o un cortocircuito saranno visti come delle reattanze quasi pure (supponendo di non avere componenti volutamente dissipativi nelle reti di filtro/adattamento), che potrebbero addirittura essere vicine al corto nel caso di carico aperto e viceversa! In ogni caso le configurazioni di carico aperto e in cortocircuito sono molto pericolose, perche' producono quasi sempre tensioni (o correnti: secondo il caso e la rete di adattamento) molto alte sui componenti attivi, che finiscono col bruciarsi. Questo e' particolarmente vero per gli stadi finali single-ended in classe B o C, perche' in assenza di carico resistivo non c'e' nulla a limitare la tensione sul componente attivo. Un'altra cosa che puo' succedere con carichi fortemente disadattati e' una auto-oscillazione dell'ampli: e' difficile fare un progetto che sia stabile con carichi arbitrari.

La risposta e' lungi dall'essere completa, ma spero sia utile a darti qualche spunto... Ciao, RoV

Ciao La teoria dice che se un cavo e' chiuso su una impedenza uguale alla sua impedenza caratteristica (ad es. 50 ohm) presenta dall'altra parte ancora la stessa impedenza. Morale se l'antenna e' un perfetto carico reale (50 ohm) e il cavo ha la stessa impedenza caratteristica , il tuo amplificatore vedra' un carico reale di 50 ohm, e non avra' nessun problema,anche se la sua impedenza di uscita non e' 50 ohm. E credo che nessun trasmettitore si possa permettere di dissipare al suo interno una potenza uguale a quella che va in antenna,per fare l'adattamento !!!

Direi quindi che devi solo preoccuparti di avere una signora antenna con buon coefficente di riflessione e impedenza uguale a quella del cavo.

Ciao Giorgio

Certo

Le riflessioni sono dovute a disadattamenti in fondo alla linea, mica all'inizio. In realta` l'idea che la potenza torni indietro e bruci il trasmettitore sarebbe opportuno dimenticarla, e` deleteria!

Si`, e si progetta il circuito di adattamento in modo che trasformi l'impedenza di carico in quella su cui il dispositivo di potenza lavora al meglio (potrebbe essere minimo stress, massima potenza erogata, massimo rendimento... La cosa funziona anche in ricezione, in cui il parametro da ottimizzare e` il rapporto segnale rumore che NON coincide con l'adattamento energetico)

Stai parlando di adattamento esterno al TX, fatto fra TX e linea suppongo. E di nuovo hai ragione. Uno dei pochi casi in cui si deve fare l'adattamento all'antenna e non all'inizio della linea, in modo non avere potenza riflessa, e` nella televisione, in cui il segnale deve uscire "tutto e subito", non dopo un po' di su e giu` sulla linea, altrimenti si vedrebbero immagini doppie.

A dire il vero anche in questo caso si potrebbe eliminare il fenomeno, facendo un trasmettitore con impedenza di uscita pari alla impedenza di linea (adattamento di uniformita` alla sorgente): in questo modo il segnale riflesso sarebbe assorbito dal tx, ma con rendimenti bassi.

Si` (con una riserva): quello che importa e` la impedenza che vede il TX. Vale il secondo teorema fondamentale dell'elettronica: i ciruiti sono miopi, vedono solo quello che c'e` attaccato ai proprii morsetti. In particolare per il TX importa solo l'impedenza di carico, indipendentemente da come e` ottenuta (se con antenna e linea disadattate, o carico locale con R, C ed L a piacere).

La riserva riguarda il fatto che il discorso vale solo per segnale monocromatico. Quasi sempre e` una approssimazione ragionevole (tranne ad esempio nel caso televisivo)

Quello che capita e` che certamente dentro l'amplificatore si avranno tensioni piu` elevate rispetto al caso normale (almeno mi pare di ricordare che ci sia un teorema del genere per i circuiti concentrati). E queste potrebbero essere deleterie per circuiti allo stato solido.

Ciao

Franco Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen. (L. Wittgenstein)

domanda retorica: ma sono sempre sicuro che al bocchettone dell'antenna (scusate le imprecisioni, non sono radioamatore e non ho neppure un rtx), o meglio, dal transistore di uscita al bocchettone di antenna il tratto sia n realta` l'idea che la potenza torni indietro e bruci il

bene, è quello che pensavo. Il motivo per cui non torna è che il segnale non è monocromatico, e quindi ciascuna componente dello spettro avrà ritardi diversi provocando dispersione?

Come posso vedere, se posso, in modo intuitivo la storia delle riflessioni? Il risultato è una dispersione del segnale (ad esempio, parte un impulso stretto e arriva una campana)?

ma anche se adatto all'inizio della linea, avrò disadattamento tra il finale di potenza e l'uscita dell'amplificatore. In questo tratto ci saranno riflessioni. Come mai ciascun 'fronte' incidente non esce verso la linea e provoca immagini multiple?

nel caso di uscita aperta tu puoi dire certamente che ci saranno sovratensioni. Il ragionamento qui sotto ha senso?:

all'uscita la corrente non può circolare, quindi avrò I=0 (minimo) V per qualche motivo presumo che abbia un massimo, e quindi il finale, che è "elettricamente vicino" all'uscita subirà una tensione elevata

per uscita in CC le cose dovrebbero funizionare in modo duale

E' giusto?

ciao e grazie

Io parlo di riflessioni solo quando c'e` una linea di mezzo, e le riflessioni si possono misurare nel dominio del tempo. Altrimenti parlo solo di impedenza. E` ovvio che un pezzo di filo anche corto si comporta come una linea, ma non cambia di molto l'impedenza che c'e` in fondo.

Questo c'e` sempre.

Si`, questa e` una delle specifiche. In realta` il dato di targa e` un insieme di possibili impedenze accettabili, e si fa la rete in modo che queste impedenze siano trasformate in una altro insieme di impedenze (area sulla carta di smith) che vanno bene per i dispositivi finali.

No, i ritardi sono uguali per tutte le componenti se usi una linea con modo TEM.

Le linee di trasmissione a due fili non sono dispersive: parte un impulso e arriva un impulso. Credo che in rete ci siano di questi simulatori, probabilmente bisogna cercare nel campo digitale (diagramma a traliccio). Qui

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verso la fine c'e` qualcosa.

Perche' quello che torna indietro e` assorbito dall'impedenza del trasmettitore. Il trasmettitore per il segnale riflesso funziona da carico.

Direi di si`. In realta` stavo pensando alla proprieta` delle reti in cui qualunque funzione di rete (incluse impedenze e ammettenze) sono funzioni bilineari di ogni impedenza della rete. Se una resistenza della rete (passiva e lineare) va ad infinito, tutte le parti resistive aumenteranno, e questo, con un generatore di corrente, provoca un aumento delle tensioni in gioco/

Franco Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen. (L. Wittgenstein)

perdonami lo stillicidio di domande, ma mi rimangono due puntini da piazzare :-)

(cut)

ho letto la presentazione. Interessante, ma non sono arrivato a capire il motivo per cui i ritardi sono uguali per diverse componenti. Si può cercare di darne una spiegazione intuitiva?

interessante. Se in una rete lineare levo una resistenza, posso dedurre che la componente resistiva dell'impedenza tra due punti qualsiasi aumenta? Mi accorgo di pretendere troppo ma ci provo: come lo posso vedere dal punto di vista intuitivo? (ad esempio ragionando dal punto di vista energetico)

ciao e grazie

Nelle linee a due fili che portano il modo di propagazione TEM la velocita` e` praticamente indipendente dalla frequenza. Non conosco delle spiegazioni intuitive. Se si scrive l'equazione di propagazione si vede che beta in funzione di omega e` lineare.

Se ben ricordo si`. mi pare che ci sia un teorema in proposito.

Mi accorgo di pretendere troppo ma ci provo: come lo posso

Anche qui non mi viene in mente nulla di intuitivo. Se me lo chiedi dopo meta` gennaio, posso informarmi da qualcuno che queste cose le sa :-)

Franco Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen. (L. Wittgenstein)

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