Impedanță caracteristică

Microfon wireless WG-308E (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Impedanță caracteristică

AC Circuite electrice


Intrebarea 1

Rețineți nota "50 ohm" imprimată pe hota cablului. Ce se va înregistra un ohmmetru când este conectat între conductorul interior și ecranul cablului "# 1"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Rezistența dintre conductorul interior și ecranul = (infinit)

Rezistența între capetele conductorului interior = aproape 0 ohmi

Rezistența între capetele conductorului ecranului = aproape 0 ohmi

Note:

Ar fi o idee minunată să aveți la dispoziție în laborator un eșantion de RG-58 / U (sau alt tip de cablu coaxial) pentru ca elevii să se poată măsura. Nu există nimic asemănător cu experimentarea directă, directă, pentru a face un punct!

intrebarea 2

Dacă o baterie și un întrerupător au fost conectate la un capăt al unui cablu lung de 10 mile și două osciloscoape au fost utilizate pentru a înregistra tensiunea la fiecare capăt al cablului, cât de departe în timp ar fi cele două impulsuri, presupunând o viteză de propagare egală cu viteza luminii (cu alte cuvinte, cablul are un factor de viteză egal cu 1, 0)?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

53, 68 microsecunde

Note:

Elevii ar trebui să înțeleagă prin formularea întrebării că semnalul de tensiune probabil nu ajunge la capătul îndepărtat al cablului instantaneu după ce întrerupătorul este închis. Deși viteza luminii este foarte, foarte rapidă, nu este instantanee: va exista o întârziere măsurabilă.

Întrebarea 3

Dacă o baterie și un întrerupător au fost conectate la un capăt al unui cablu lung de 10 mile și două osciloscoape au fost utilizate pentru a înregistra tensiunea la fiecare capăt al cablului, cât de departe în timp ar fi cele două impulsuri, presupunând o viteză de propagare egală cu 69% viteza luminii (cu alte cuvinte, cablul are un factor de viteză egal cu 0, 69) "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00128x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

77, 80 microsecunde

Note:

Elevii ar trebui să înțeleagă prin formularea întrebării că semnalul de tensiune probabil nu ajunge la capătul îndepărtat al cablului instantaneu după ce întrerupătorul este închis. Deși 69% din viteza luminii este încă foarte, foarte rapidă, nu este instantanee: va exista o întârziere măsurabilă.

Întrebarea 4

Ce reprezintă ratingul "50 ohm" al unui cablu coaxial RG-58 / U? Explicați modul în care un cablu simplu, fără continuitate între cei doi conductori, ar putea fi evaluat în ohmi .

Sugestie: acest rating "50 ohm" este denumit în mod obișnuit impedanța caracteristică a cablului. Un alt termen pentru acest parametru este impedanța de supratensiune, ceea ce cred că este mai descriptivă.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un cablu cu o impedanță caracteristică sau de supratensiune de 50 ohmi se comportă ca un rezistor de 50 ohmi la orice tensiune de tensiune impresionată la ambele capete, cel puțin până când supratensiunea are suficient timp pentru a propaga lungimea completă a cablului și înapoi.

Note:

Acest concept va părea foarte ciudat pentru studenții care sunt familiarizați doar cu rezistența în contextul rezistențelor și al altor componente electrice simple, unde rezistența nu se schimbă în mod semnificativ în timp. În acest exemplu, totuși, "rezistența" cablului este extrem de dependentă de timp, iar durata de timp implicată este de obicei foarte scurtă - atât de scurtă încât măsurătorile făcute cu ohmmetrele nu o vor dezvălui deloc!

Întrebarea 5

Având în vedere următorul circuit de testare, cu un osciloscop folosit pentru a înregistra curentul de la baterie la cablu (tensiunea de măsurare a scăzut peste un rezistor de șunt), ce fel de undă sau puls ar înregistra osciloscopul după închiderea comutatorului?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Osciloscopul ar înregistra un impuls de tronsoane cu o tensiune aproximativ egală cu 480 μV, care, desigur, corespunde unui curent de aproximativ 480 mA:

Durata impulsului ar trebui să se situeze undeva între 162, 67 microsecunde și 170, 42 microsecunde (pe baza a două cifre diferite pe care le-am obținut pentru factorii de viteză a cablului RG-58 / U).

Note:

Răspunsul la această întrebare necesită mai mulți pași și combinarea mai multor concepte. Ar trebui să reieșăm din răspuns că Legea lui Ohm (I = E / R ) este suficientă pentru calcularea curentului de impuls, dar cifra de întârziere dată în răspuns poate confunda unii studenți. Pentru acei studenți care calculează o cifră de timp care este mai mică decât cea dată în răspuns, îi încurajează să se gândească la motivul pentru care răspunsul lor (incorect) ar fi putut fi redus cu 50%. Existența unui raport de 2: 1, cum ar fi aceasta, implică o simplă neînțelegere conceptuală.

Pentru factorul de viteză a cablului RG-58 / U, am obținut două cifre diferite: 0, 63 și 0, 66, ceea ce reprezintă cele două răspunsuri de întârziere date.

Întrebarea 6

Având în vedere următorul circuit de testare, cu un osciloscop folosit pentru a înregistra curentul de la baterie la cablu (tensiunea de măsurare a scăzut peste un rezistor de șunt), ce fel de undă sau puls ar fi înregistrat osciloscopul după închiderea comutatorului "/ / www.beautycrew.com .au // sub.allaboutcircuits.com / images / test / 00131x01.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Osciloscopul ar înregistra un curent continuu de 480 mA oricând comutatorul este închis.

Note:

Încurajați elevii să se gândească la o altă componentă electrică (pe lângă un cablu RG-58 / U de lungime infinită) care se va comporta astfel, desenând 480 mA de curent de la o sursă de 24 volți când comutatorul este închis. Sugestie: nu trebuie să vă gândiți foarte mult!

Întrebarea 7

Să presupunem că acest cablu RG-58 / U de 10 mile a fost "terminat" de un rezistor cu o rezistență egală cu impedanța caracteristică a cablului:

Ce fel de formă de undă sau de impuls ar înregistra osciloscopul după închiderea comutatorului "# 7"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Osciloscopul ar înregistra un curent continuu de 480 mA oricând comutatorul este închis.

Note:

Cereți studenților dvs. să compare comportamentul acestui circuit cu cel al unui cablu neterminat RG-58 / U. Cum diferă comportamentul acestui circuit? De ce este asta?

Pentru a pune întrebarea într-un mod diferit, ce face includerea unui rezistor de terminare la lungimea aparentă a cablului? Cu alte cuvinte, ce lungime a cablului RG-58 / U se va comporta exact la fel ca acest circuit?

Întrebarea 8

Când un impuls se propagă pe un cablu "neterminat" și ajunge la un circuit deschis, ce face? Pur și simplu dispare, sau nu merge altundeva?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un impuls de tensiune, la atingerea capătului deschis al unui cablu, va fi "reflectat" înapoi în direcția din care a venit, polaritatea acestuia fiind menținută în timp ce curentul se deplasează în direcția opusă.

După ce pulsul reflectat ajunge la sursă, va exista o tensiune maximă la bornele sursei și un curent zero în cablu.

Note:

Pentru a vă ajuta să răspundeți la această întrebare, este util să întrebați elevii cum se relaționează tensiunea și curentul între ele într-o stare deschisă (tensiune maximă, zero curent).

Întrebarea 9

Când un impuls propagă un cablu terminat de un scurtcircuit, ce face? "# 9"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Un impuls de tensiune, la atingerea capătului scurt al unui cablu, va fi "reflectat" înapoi în direcția din care a venit, polaritatea fiind inversată în timp ce curentul se mișcă în aceeași direcție.

După ce pulsul reflectat ajunge la sursă, va exista o tensiune minimă la bornele sursei și un curent maxim în cablu.

Note:

Pentru a răspunde la această întrebare, este util să întrebați elevii cum se relaționează tensiunea și curentul între ele într-o stare de scurtcircuit (tensiune minimă, curent maxim).

Întrebarea 10

Ce se va întâmpla dacă un cablu este terminat de un rezistor cu valoare incorectă (nu egal cu impedanța caracteristică a cablului) "# 10"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Orice rezistență de terminare care nu este egală cu rezistența caracteristică a cablului (prea mică sau prea mare) va avea ca rezultat valuri reflectate, deși la o amplitudine mai mică decât dacă cablul era neterminat sau terminat printr-un scurtcircuit direct.

Note:

Răspunzând la această întrebare este un exercițiu în gândirea calitativă: comparați rezultatele terminării cu valoarea corespunzătoare a rezistenței, comparativ cu terminarea cu rezistență infinită sau zero. O rezistență de terminare a valorii necorespunzătoare va produce un efect undeva între aceste cazuri extreme.

De exemplu, comparați impedanța cablului (așa cum este "văzută" de sursa de tensiune după o perioadă substanțială de timp) pentru un cablu terminat corespunzător, față de unul care este fie deschis, fie scurtcircuitat. Care ar fi un cablu terminat de un rezistor cu valoare necorespunzătoare "arătat" ca sursei după ce timpul de întârziere a propagării a trecut?

Întrebarea 11

Un cablu cu două conductoare cu o construcție uniformă va prezenta o impedanță caracteristică uniformă (Z 0 ) datorită inductanței sale intrinseci și a capacității distribuite:

Ce s-ar întâmpla cu valoarea acestei impedanțe caracteristice dacă am fi făcut cablul mai îngust, astfel încât conductorii să fie mai apropiați, toate celelalte dimensiuni rămânând la fel? "/ Www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com /images/quiz/04003x02.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Z 0 ar scădea . Vă voi lăsa să explicați de ce se întâmplă acest lucru.

Note:

Asigurați-vă că îi cereți elevilor să explice de ce impedanța caracteristică se va schimba în direcția pe care o are, pe baza schimbărilor cunoscute ale capacității și inductanței pe tot parcursul cablului. Ar trebui să fie destul de simplu pentru studenți să explice de ce capacitatea va crește ca doi conductori sunt aduse mai aproape împreună, dar nu poate fi la fel de evident de ce inductanța va scădea. O întrebare bună "Socratică" care se întreabă este despre intensitatea câmpului magnetic, presupunând că un capăt al cablului este scurtcircuitat și o sursă de curent continuu conectată la celălalt capăt. Asigurați-vă că le reamintiți să discute regulă de tirbușon drept pentru câmpurile curente și magnetice în răspunsul lor la această întrebare de urmărire!

Întrebarea 12

Un cablu cu două conductoare cu o construcție uniformă va prezenta o impedanță caracteristică uniformă (Z 0 ) datorită inductanței sale intrinseci și a capacității distribuite:

Ce s-ar întâmpla cu valoarea acestei impedanțe caracteristice dacă am fi făcut cablul mai larg, astfel încât conductorii să fie mai îndepărtați, toate celelalte dimensiuni rămânând la fel? "/ Www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com /images/quiz/04004x02.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Z 0 ar crește . Vă voi lăsa să explicați de ce se întâmplă acest lucru.

Note:

Asigurați-vă că îi cereți elevilor să explice de ce impedanța caracteristică se va schimba în direcția pe care o are, pe baza schimbărilor cunoscute ale capacității și inductanței pe tot parcursul cablului. Ar trebui să fie destul de simplu pentru studenți să explice de ce capacitatea va crește ca doi conductori sunt aduse mai aproape împreună, dar nu poate fi la fel de evident de ce inductanța va scădea. O întrebare bună "Socratică" care se întreabă este despre intensitatea câmpului magnetic, presupunând că un capăt al cablului este scurtcircuitat și o sursă de curent continuu conectată la celălalt capăt. Asigurați-vă că le reamintiți să discute regulă de tirbușon drept pentru câmpurile curente și magnetice în răspunsul lor la această întrebare de urmărire!

Întrebarea 13

Un cablu cu două conductoare cu o construcție uniformă va prezenta o impedanță caracteristică uniformă (Z 0 ) datorită inductanței sale intrinseci și a capacității distribuite:

Ce s-ar întâmpla cu valoarea acestei impedanțe caracteristice dacă am avea de a scurta lungimea cablului, toate celelalte dimensiuni rămânând la fel? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/04002x02.png „>

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Z 0 ar rămâne exact la fel!

Următoarele întrebări: ce caracteristici electrice s-ar schimba pentru acest cablu scurtat?

Note:

Aceasta este o chestiune de "truc", concepută pentru a face pe studenți să se gândească la impedanța caracteristică și pentru a testa înțelegerea reală a acestora. Dacă un student înțelege corect fizica care are ca rezultat impedanța caracteristică, ei vor realiza că lungimea nu are nimic de-a face cu ea. Deși capacitatea totală a cablului se va schimba ca urmare a scurgerii lungimii cablului, iar inductanța totală a cablului va scădea, de asemenea, din același motiv, aceste modificări electrice nu ar trebui să prezinte o dificultate conceptuală studenților decât dacă modelează cablul în termeni de unu capacitance lumped și una (sau două) lumped inductanță (e). Dacă gândesc în acești termeni, ei nu au înțeles încă pe deplin motivul pentru care impedanța caracteristică există deloc.

Întrebarea 14

Să presupunem că am proiectat o pereche de circuite de amplificator BJT pentru a se conecta la fiecare capăt al unui cablu lung cu două conductoare:

Cum am alege valorile componentelor în fiecare circuit de amplificator de tranzistor pentru a termina în mod natural ambele capete ale cablului de 75 Ω "# 14"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

R C al amplificatorului de transmisie trebuie să fie de 75 Ω, la fel ca rezistența paralelă echivalentă R B1 || R B2 a amplificatorului de recepție.

Note:

Această întrebare este într-adevăr o trecere în revistă a teoremei lui Thévenin, deoarece se aplică circuitelor amplificatoare obișnuite-emițător, dividend-biased BJT.

În cazul în care cineva întreabă, "zig-zags" din cele patru linii pentru cablu reprezintă o distanță nespecificată între aceste puncte. Cu alte cuvinte, cablul este mai lung decât ceea ce poate fi reprezentat proporțional pe diagrama schematică.

Întrebarea 15

Să presupunem că am proiectat o pereche de circuite de amplificator BJT pentru a se conecta la fiecare capăt al unui cablu lung cu doi conductori, fiecare capăt cuplat la amplificatorul său respectiv printr-un transformator:

Cum am alege valorile componentelor din fiecare circuit amplificator tranzistor pentru a termina în mod natural ambele capete ale cablului de 75 Ω "# 15"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

R C al amplificatorului de transmisie trebuie să fie de 1.875 kΩ, la fel ca rezistența paralelă echivalentă R B1 || R B2 a amplificatorului de recepție.

Note:

Această întrebare este într-adevăr o trecere în revistă a teoremei lui Thévenin, așa cum se aplică în circuitele amplificatoare BJT obișnuite-emițător, dividend-biased și, de asemenea, în transformarea impedanței, așa cum se aplică la transformatoarele step-up și step-down.

În cazul în care cineva întreabă, "zig-zags" din cele patru linii pentru cablu reprezintă o distanță nespecificată între aceste puncte. Cu alte cuvinte, cablul este mai lung decât ceea ce poate fi reprezentat proporțional pe diagrama schematică.

Întrebarea 16

Unele rețele de comunicații utilizează cabluri pentru a oferi nu doar o cale de transmitere a datelor, ci și o sursă de curent continuu pentru alimentarea circuitelor conectate la cablu.

Cu toate acestea, dacă am fi terminat cablul așa cum este arătat, rezistorul de terminare ar risipi o cantitate substanțială de energie. Aceasta este o pierdere de energie și ar împovăra inutil sursa de alimentare care furnizează curent continuu la cablul de rețea.

Cum putem elimina problema puterii disipată de rezistorul de terminare într-un cablu de alimentare DC / semnal și totuși menținem în continuare o terminare corespunzătoare pentru a evita semnalele reflectate "# 16"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspuns

Un condensator trebuie conectat în serie cu rezistența de terminare pentru a împiedica rezistența să acționeze ca o sarcină DC în rețea:

Note:

Înțelegerea acestui răspuns necesită ca studenții să reamintească comportamentul de filtrare al unui condensator de serie într-un circuit de curent alternativ.

Întrebarea 17

Găsiți o lungime de cablu coaxial și aduceți-l cu voi în clasă pentru discuții. Identificați cât mai multe informații despre cablurile dvs. înainte de discuție:

Impedanță caracteristică
Serviciul de izolare (tavă de cablu, canal, îngropare directă etc.)
Tip (RG-58, RG-6 etc.)
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă este posibil, găsiți fișa tehnică a producătorului pentru componentele dvs. (sau cel puțin o fișă tehnică pentru o componentă similară) pentru a discuta cu colegii de clasă.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a atrage studenții să interacționeze din punct de vedere kinetic cu subiectul. Ar putea părea prostește ca studenții să se angajeze într-un exercițiu "arată și spune", dar am constatat că astfel de activități ajută foarte mult pe unii elevi. Pentru acei cursanți care sunt în natură kinesthetic, este un mare ajutor pentru a atinge efectiv componentele reale în timp ce învață despre funcția lor. Desigur, această întrebare oferă, de asemenea, o oportunitate excelentă pentru ei de a practica interpretarea marcajelor componentelor, a folosi un multimetru, foi de date de acces etc.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →