23 | 09 | 2017
Друзья
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2824
Просмотры материалов : 7716825

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Yahoo]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 80 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Характеристика импеданса PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.07.2017 12:51

Характеристика импеданса

Глава 14 - Линии передачи


Предположим, однако, что у нас был набор параллельных проволок бесконечной длины, без лампы в конце. Что произойдет, когда мы закроем переключатель? Поскольку эта цепь больше не нагружена в конце проводов, эта схема открыта. Не было бы тока вообще? (Рисунок ниже )



Вождение бесконечной линии передачи.


Несмотря на то, что в этом «мысленном эксперименте» можно избежать сопротивления провода за счет использования сверхпроводников, мы не можем устранить емкость по длинам проводов. Любая пара проводников, разделенных изолирующей средой, создает емкость между этими проводниками: (рисунок ниже )



Эквивалентная схема, показывающая паразитную емкость между проводниками.


Напряжение между двумя проводниками создает электрическое поле между этими проводниками. Энергия хранится в этом электрическом поле, и это хранение энергии приводит к противоречию с изменением напряжения. Реакция емкости на изменение напряжения описывается уравнением i = C (de / dt), что говорит о том, что ток будет пропорционален скорости изменения напряжения во времени. Таким образом, когда переключатель закрыт, емкость между проводниками будет реагировать на внезапное увеличение напряжения путем зарядки и вытягивания тока из источника. Согласно уравнению, мгновенное нарастание приложенного напряжения (в результате идеального замыкания выключателя) вызывает бесконечный зарядный ток.

Однако ток, нарисованный парой параллельных проводов, не будет бесконечным, потому что существует цельный импеданс вдоль проводов из-за индуктивности. (Рис. Ниже ). Помните, что ток через любой проводник развивает магнитное поле пропорциональной величины. Энергия хранится в этом магнитном поле (рис. Ниже ), и это хранение энергии приводит к сопротивлению изменению тока. Каждый провод развивает магнитное поле, поскольку он несет зарядный ток для емкости между проводами, и при этом падает напряжение в соответствии с уравнением индуктивности e = L (di / dt). Это падение напряжения ограничивает скорость изменения напряжения по распределенной емкости, предотвращая достижение бесконечного значения тока:



Эквивалентная схема, показывающая паразитную емкость и индуктивность.

 



Емкость заряда напряжения, индуктивность тока.


Поскольку электроны в двух проводах передают движение и друг на друга при почти скорости света, «волновой фронт» изменения напряжения и тока будет распространяться по длине проводов с той же скоростью, в результате чего распределенная емкость и Индуктивность постепенно заряжается до полного напряжения и тока, соответственно, следующим образом: (Рисунки ниже , ниже , ниже , ниже )



Незаряженная линия передачи.

 



Начните распространение волны.

 



Продолжить распространение волн.





Пропагандируйте со скоростью света.


Конечным результатом этих взаимодействий является постоянный ток ограниченной величины через источник батареи. Поскольку провода бесконечно длинны, их распределенная емкость никогда не будет полностью заряжаться от напряжения источника, и их распределенная индуктивность никогда не позволит неограниченному зарядному току. Другими словами, эта пара проводов будет вытягивать ток из источника, пока переключатель закрыт, что ведет себя как постоянная нагрузка. Больше нет проводов только проводников электрического тока и носителей напряжения, но теперь представляют собой составную составляющую сами по себе, с уникальными характеристиками. Эти два провода больше не представляют собой пару проводников , а скорее линию передачи .

В качестве постоянной нагрузки ответ линии передачи на приложенное напряжение является резистивным, а не реактивным, несмотря на то, что он состоит исключительно из индуктивности и емкости (при условии, что сверхпроводящие провода с нулевым сопротивлением). Мы можем сказать это, потому что нет никакой разницы между перспективой батареи между резистором, вечно рассеивающим энергию, и бесконечной линией передачи, вечно поглощающей энергию. Сопротивление (сопротивление) этой линии в омах называется характеристическим импедансом , и оно фиксируется геометрией двух проводников. Для линии параллельного провода с воздушной изоляцией характеристический импеданс может быть рассчитан как таковой:



Если линия передачи коаксиальна по конструкции, характеристический импеданс следует за другим уравнением:



В обоих уравнениях одинаковые единицы измерения должны использоваться в обоих терминах фракции. Если изоляционный материал отличается от воздуха (или вакуума), на него влияют как характеристический импеданс, так и скорость распространения. Отношение истинной скорости распространения линии передачи и скорости света в вакууме называется коэффициентом скорости этой линии.

Коэффициент скорости является исключительно фактором относительной диэлектрической проницаемости изоляционного материала (иначе называемой его диэлектрической постоянной ), определяемой как отношение диэлектрической проницаемости материала к чистому вакууму. Коэффициент скорости любого типа кабеля - коаксиальный или иначе - может быть рассчитан достаточно просто по следующей формуле:



Характеристический импеданс также известен как естественный импеданс , и он относится к эквивалентному сопротивлению линии передачи, если он был бесконечно длинным из-за распределенной емкости и индуктивности, когда волны напряжения и тока распространяются вдоль своей длины со скоростью распространения, равной Небольшая часть скорости света.

В любом из первых двух уравнений видно, что характерный импеданс линии передачи (Z 0 ) увеличивается по мере увеличения расстояния между проводниками. Если проводники удалены друг от друга, распределенная емкость будет уменьшаться (большее расстояние между конденсаторными «пластинами»), а распределенная индуктивность будет увеличиваться (за исключением отмены двух противоположных магнитных полей). Меньшая параллельная емкость и более индуктивность ряда приводят к меньшему току, натягиваемому линией для любого заданного количества приложенного напряжения, которое по определению является большим импедансом. И наоборот, сближение двух проводников увеличивает параллельную емкость и уменьшает индуктивность ряда. Оба изменения приводят к большему току, вытягиваемому для данного приложенного напряжения, приравниваясь к меньшему импедансу.

За исключением любых диссипативных эффектов, таких как диэлектрическая «утечка» и сопротивление проводника, характеристический импеданс линии передачи равен квадратному корню из отношения индуктивности линии на единицу длины, деленной на емкость линии на единицу длины:


  • ОБЗОР:
  • Линия передачи представляет собой пару параллельных проводников, имеющих определенные характеристики из-за распределенной емкости и индуктивности вдоль ее длины.
  • Когда напряжение внезапно подается на один конец линии передачи, как «волна напряжения», так и «волна» тока распространяются вдоль линии со скоростью почти света.
  • Если напряжение постоянного тока подается на один конец бесконечно длинной линии передачи, линия будет вытягивать ток из источника постоянного тока, как если бы это было постоянное сопротивление.
  • Характерным импедансом (Z 0 ) линии передачи является сопротивление, которое оно проявляло бы, если бы оно было бесконечным по длине. Это полностью отличается от сопротивления утечки диэлектрика, разделяющего два проводника, и металлического сопротивления самих проводов. Характеристический импеданс является чисто функцией емкости и индуктивности, распределенной вдоль длины линии, и существовал бы, даже если диэлектрик был бы идеальным (бесконечное параллельное сопротивление) и проволочным сверхпроводящим (сопротивление нулевого ряда).
  • Коэффициент скорости представляет собой дробное значение, связывающее скорость распространения линии передачи со скоростью света в вакууме. Значения варьируются от 0,66 до 0,80 для типичных двухпроводных линий и коаксиальных кабелей. Для любого типа кабеля он равен обратному (1 / x) квадратного корня относительной диэлектрической проницаемости изоляции кабеля.
 
Для тебя
Читай