Как определяется кабель импеданса xΩ?

Это, наверное, очень простой вопрос, но я не могу найти определенного ответа нигде. Я предполагаю, что 50 Ом кабель означает 50 Ом на единицу длины.

Какая длина этого блока? Если это не так, как определено, как это?

12 голосов | спросил midnightBlue 10 TueEurope/Moscow2013-12-10T21:52:13+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 10 Dec 2013 21:52:13 +0400 2013, 21:52:13

4 ответа


14

Я вижу, что у вас есть кое-какие, но, вероятно, трудно понять ответы. Я постараюсь дать вам более интуитивное чувство.

Посмотрите, что происходит, когда вы сначала применяете напряжение в конце длинного кабеля. Кабель имеет некоторую емкость, поэтому он будет потреблять некоторый ток. Если бы это было все, что было, вы получили большой всплеск тока, а затем ничего.

Однако он также имеет некоторую серию индуктивности. Вы можете аппроксимировать его с помощью небольшой серии индуктивности, за которой следует небольшая емкость на землю, а затем другая индуктивность и т. Д. Каждый из этих индукторов и конденсаторов моделирует небольшую длину кабеля. Если вы уменьшите эту длину, индуктивность и емкость опустится, и их будет больше. Однако отношение индуктивности к емкости остается неизменным.

Теперь представьте свое первоначальное приложенное напряжение, распространяющееся по кабелю. Каждый шаг в пути, он заряжает небольшую емкость. Но эта зарядка замедляется индуктивностью. Конечным результатом является то, что напряжение, которое вы подавали на конец кабеля, распространяется медленнее, чем скорость света, и заряжает емкость по длине кабеля, чтобы потребовать постоянного тока. Если бы вы дважды применяли напряжение, конденсаторы заряжались бы вдвое больше напряжения, поэтому потребовалось бы вдвое больше заряда, что в два раза превышало бы ток для питания. То, что у вас есть, это ток, который тянет кабель пропорционально наложенному вами напряжению. Да, это то, что делает резистор.

Поэтому, когда сигнал распространяется по кабелю, кабель выглядит резистивным к источнику. Это сопротивление является лишь функцией параллельной емкостной и последовательной индуктивности кабеля и не имеет ничего общего с подключением к другому концу. Это характеристический импеданс кабеля.

Если у вас есть катушка кабеля на скамейке, которая достаточно короткая, чтобы вы могли игнорировать сопротивление постоянного тока проводников, тогда все это работает так, как описано до тех пор, пока сигнал не распространится до конца кабеля и обратно. До тех пор он выглядит как бесконечный кабель к тому, что его ведет. Фактически, он выглядит как резистор при характеристическом импедансе. Если кабель достаточно короткий и, например, короткий конец, то в конечном итоге ваш источник сигнала увидит короткий. Но, по крайней мере, на время, когда сигнал распространяется до конца кабеля и обратно, он будет выглядеть как характеристический импеданс.

Теперь представьте, что я положил резистор характеристического сопротивления на другой конец кабеля. Теперь входной конец кабеля будет выглядеть как резистор навсегда. Это называется завершающим кабелем и обладает хорошим свойством сделать импеданс постоянным с течением времени и предотвращать отражение сигнала, когда он доходит до конца кабеля. В конце концов, к концу кабеля другая длина кабеля будет выглядеть так же, как резистор при характеристическом импедансе.

ответил Olin Lathrop 11 WedEurope/Moscow2013-12-11T00:46:48+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowWed, 11 Dec 2013 00:46:48 +0400 2013, 00:46:48
12

Когда мы говорим о 50-омном кабеле, мы говорим о характеристическом импедансе , который не совсем такой же, как сосредоточенный импеданс.

Когда есть сигнал, распространяющийся в кабеле, будет сигнал напряжения и форма сигнала тока, связанные с этим сигналом. Из-за баланса между емкостными и индуктивными характеристиками кабеля соотношение этих осциллограмм будет фиксированным.

Когда кабель имеет характеристическое сопротивление 50 Ом, это означает, что если мощность распространяется только в одном направлении, то в любой точке вдоль линии отношение формы сигнала напряжения и формы тока составляет 50 Ом. Это соотношение характеристика геометрии кабеля и не увеличивается, если длина кабеля изменяется.

Если мы попытаемся применить сигнал, когда напряжение и ток не соответствуют соответствующему соотношению для этого кабеля, тогда мы обязательно вызовет распространение сигналов в обоих направлениях. В основном это происходит, когда конечная нагрузка не соответствует импедансу характеристики кабеля. Нагрузка не может поддерживать такое же отношение напряжения к току, не создавая обратного распространяющегося сигнала, чтобы все складывалось, и у вас есть отражение.

ответил The Photon 10 TueEurope/Moscow2013-12-10T22:04:15+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 10 Dec 2013 22:04:15 +0400 2013, 22:04:15
7

В теории, если кабель в вашем примере бесконечно длинный, вы будете измерять сопротивление 50 Ом между двумя проводами.

Если ваш кабель короче бесконечного, но длиннее примерно 10% длины волны сигнала * \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (где \ $ c \ приблизительно 3 \ cdot 10 ^ 8 \ text {[m /s]} \ $), тогда вы вводите область линии передачи . Поэтому для частоты 1 МГц длина волны будет составлять приблизительно 300 м, а одна десятая будет 30 м. Поэтому, если вы работаете с частотой 1 МГц и кабелем менее 30 м, вам не нужно слишком беспокоиться о его сопротивлении.

  

*) Фактически длина волны в кабеле короче, чем в вакууме. Чтобы быть в безопасности, для практического примера просто умножьте длину волны на 2/3. Поэтому на практике ваш аварийный сигнал с частотой 1 МГц должен быть 30 м * 2/3 = 20 м.

Другие ответы написали более теоретический текст, я постараюсь дать практическую информацию высокого уровня.

На практике это означает, что вы хотите завершить свой кабель с обоих концов резистором, равным характеристическому импедансу, который вы можете передать достаточно чистым сигналом. Если вы не правильно завершите свой кабель, вы получите отражения.

schematic

имитировать эту схему - Схема, созданная с использованием CircuitLab

Отражения могут искажать (или ослаблять) ваш сигнал на конце приемника.

Как следует из названия, отражение также возвращается назад с дальнего конца кабеля к передатчику. Часто радиопередатчики не могут справиться с большими отражающими сигналами, и вы можете взорвать ступень мощности. Вот почему часто настоятельно рекомендуется не передавать передатчик, если антенна не подключена.

ответил jippie 11 WedEurope/Moscow2013-12-11T00:40:18+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowWed, 11 Dec 2013 00:40:18 +0400 2013, 00:40:18
6

Характерный импеданс кабеля не имеет ничего общего с его физической длиной. Это довольно сложно представить, но если вы считаете длинную длину кабеля с нагрузкой 100 Ом на одном конце и 10-вольтовой батареей на другом конце и спросите себя, сколько тока будет течь по кабелю при подключении 10-вольтовой батареи.

В конце концов 100 мА будут течь, но в течение этого короткого промежутка времени, когда ток течет вниз по кабелю и еще не достиг загрузки, сколько тока будет снижаться от 10-вольтовой батареи? Если характеристический импеданс кабеля составляет 50 Ом, тогда будет протекать 200 мА, и это составляет 2 Вт (10 В x 200 мА). Но эта мощность не может быть «потреблена» резистором 100 Ом, потому что он хочет 100 мА при 10 В. Излишняя мощность отражается от нагрузки и поддерживает кабель. В конце концов, ситуация успокаивается, но через короткий промежуток времени после того, как аккумулятор применяется, это совсем другая история.

Характеристический импеданс кабеля определяется размером и формой кабеля. Это приводит к четырем параметрам, которые определяют его характерное сопротивление Z \ $ _ 0 \ $: -

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $

Где

  • R - сопротивление серии на метр (или на единицу длины)
  • L - индуктивность серии на метр (или на единицу длины)
  • G - параллельная проводимость на метр (или на единицу длины) и
  • C - параллельная емкость на метр (или на единицу длины)

В областях аудио /телефонии характеристика импеданса кабеля обычно приближается к: -

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $

Это разумно до 100 кГц, потому что серия R обычно намного больше, чем \ $ j \ omega L \ $, а G обычно пренебрежимо мала.

В РФ, обычно 1 МГц и выше, кабель считается характеристическим импедансом: -

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $

Поскольку \ $ j \ omega L \ $ доминирует над R и, как упоминалось ранее, G считается пренебрежимо малым, однако диэлектрические потери на частотах выше 100 МГц начинают увеличиваться, а G иногда используется в формуле.

ответил Andy aka 10 TueEurope/Moscow2013-12-10T23:18:24+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 10 Dec 2013 23:18:24 +0400 2013, 23:18:24

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132