Zaloguj się
Wszystkie
30 lipca 2024
233
Od Redakcji EdW: Między nomenklaturą anglojęzyczną i polskojęzyczną występują pewne subtelne różnice, m.in. w literaturze anglojęzycznej napięcie oznacza się za pomocą literki „V” podczas gdy w literaturze polskojęzycznej obowiązuje symbol „U”. Wyjątkowo, dla zachowania spójności tekstu z oryginalnymi ilustracjami, postanowiliśmy na siłę nie zmieniać tego oznaczenia i pozostawić je w oryginalnej formie.
W projekcie funkcjonalność przyrządu wsparta została przez oprogramowanie działające na Arduino Nano, które odbiera przetworzone za pomocą układu LTC2400 na postać cyfrową dane z wyjścia AD8318. Układ AD8318 zasługuje na dogłębne omówienie jego zasady działania, dlatego jest to temat tego odcinka cyklu Chirurgii Obwodowej. Wyjaśnimy podstawy działania tej klasy układów scalonych (Analog Devices produkuje kilka układów opartych na podobnych zasadach, nie tylko AD8318), ilustrując teorię kilkoma wyidealizowanymi symulacjami LTspice opartymi na źródłach behawioralnych. Zanim przejdziemy do tego, jak działa AD8318, warto omówić ogólnie pomiar mocy RF, ponieważ istnieją pewne potencjalne punkty nieporozumień.
Pomiar mocy sygnału
Sygnał elektryczny wytwarzający na obciążeniu napięcie V i prąd I dostarcza do obciażenia moc chwilową P=VI. Jeśli obciążenie jest rezystancją o wartości R, możemy również wyrazić moc jako P=V²/R lub P=I²R, zastępując I lub V za pomocą prawa Ohma (V=IR, I=V/R). Tak więc, jeśli znamy R, możemy uzyskać wartości mocy po prostu mierząc napięcie (lub prąd). W układach RF ścieżka sygnału jest zwykle dopasowana do określonej impedancji (na przykład 50 Ω), więc możliwe jest wyznaczenie mocy sygnału z pomiarów napięcia. Jest to założenie zastosowane we wspomnianym na wstępie projekcie RF Power Meter, który ma nominalną impedancję wejściową 50 Ω.
Moc rozpraszana (ściśle biorąc energia) w rezystorze od sygnału sinusoidalnego, zmienia się od chwili do chwili, jednak często musimy znać średnią moc w pewnym okresie czasu (co najmniej jeden cykl). Dotyczy to wskaźników siły sygnału (np. w telefonie komórkowym) lub urządzeń, na przykład takich jak projekt RF Power Meter, ale także wewnętrznych obwodów urządzeń radiowych. Na przykład siła odbieranego sygnału radiowego znacznie się zmienia i często konieczne jest dostosowanie wzmocnienia sygnału, aby to uwzględnić (AGC – automatyczna regulacja wzmocnienia) – wymagany jest dokładny pomiar siły sygnału.
Jak już wspomniano, przy stałym/założonym obciążeniu możemy uzyskać moc z napięcia, ale znalezienie średniej mocy dla sygnału AC nie jest po prostu kwestią przyjęcia średniego napięcia lub prądu – wynosi ona zero dla fali sinusoidalnej w dowolnej pełnej liczbie cykli. Ciepło wytwarzane w rezystorze stanowi podstawę sposobu definiowania mocy dla sygnałów innych niż DC – moc AC jest równa mocy DC, która wytworzyłaby tę samą ilość ciepła w rezystorze. Dla stałego R można to uzyskać poprzez uśrednienie V² w czasie (P=V²/R). Jeśli weźmiemy pierwiastek kwadratowy ze średniej V², otrzymamy wartość zwaną „średnią kwadratową” (RMS) lub wartością skuteczną napięcia – jest to napięcie prądu stałego, które po przyłożeniu do obciążenia spowodowałoby takie samo rozproszenie mocy, jak to wytwarzane przez nasz sygnał AC.
W przypadku przebiegów okresowych o stałym kształcie (np. sinusoidalnym, trójkątnym i prostokątnym) istnieje stała zależność między napięciem szczytowym a wartością skuteczną, która jest znana jako współczynnik szczytu. Matematycznie można to uzyskać poprzez całkowanie kwadratu przebiegu w jednym cyklu, ale oczywiście wyniki są dobrze znane dla typowych przebiegów. Dla fali sinusoidalnej Vpeak=√2×VRMS=1,4142 VRMS (współczynnik szczytu (C) wynosi 1,4142).
Współczynnik szczytu dla fali trójkątnej wynosi: C=√3=1,7321, a dla fali prostokątnej C=1. Wartości te odnoszą się do przebiegów, które są niezniekształcone i symetryczne względem 0 V.
Jeśli znamy lub zakładamy przebieg i mamy stałą, znaną rezystancję obciążenia, wynika z tego, że możemy uzyskać moc z pomiaru napięcia szczytowego (lub średniego napięcia szczytowego w wielu cyklach). Średnia moc to V²RMS/R – którą można znaleźć na podstawie średniego napięcia szczytowego poprzez odpowiednie skalowanie uzyskane z R i współczynnika szczytu. Jeśli jednak przebieg ma dowolny kształt i potrzebujemy pomiaru „prawdziwej wartości skutecznej”, proces jest bardziej złożony. Układ scalony AD8318 nie mierzy prawdziwej wartości skutecznej.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
