假设,我们有一组平行的导线无穷长度,末端没有灯。关闭开关时会发生什么?作为电线末端不再有负载,该电路打开。根本没有目前?(下图)
驾驶无限传输线。
尽管能够避免电线电阻通过使用超导者在这种“思想实验”中,我们不能消除沿线长度的电容。任何由绝缘介质分隔的一对导体在这些导体之间产生电容:(下图)
等效电路显示导体之间的杂散电容。
施加在两导体之间的电压产生电场那些之间导体。能量储存在这个电场中,这种能量的储存导致电压变化的阻力。电容对电压变化的反应可以用等式i = C(de/dt)来描述,这告诉我们电流将正比于电压随时间的变化率。因此,当开关关闭时,导体之间的电容将通过充电和从电源吸取电流来对抗电压的突然增加。根据该方程,施加电压的瞬间上升(由完美的开关闭合产生)产生无限的充电电流。
然而,由于导线的电感作用,在导线上存在一系列的阻抗,因此两根平行导线所产生的电流不会是无穷大的。(下图)记住电流通过任何导体产生磁场比例幅度。能量存储在该磁场中,(下图),并且该能量存储导致电流变化的反对。每根丝开发磁场,因为它在导线之间承载电容的充电电流,并且在根据电感方程E = L(di / dt)的情况下执行液滴电压。该电压下降限制了分布式电容上的电压率,防止了达到无限幅度的电流:
显示杂散电容和电感的等效电路。
电压电压电压,电流电压电感。
因为两个导线中的电荷载流子在几乎光的速度下传递到彼此的电压,电压和电流变化的“波前”将在相同的速度下传播导线的长度,从而导致分布式电容和电感逐渐充电到全电压和电流,如下所示:
不带电的传输线。
开始波传播。
继续波传播。
以光速传播。
这些相互作用的最终结果是通过电池源产生有限幅度的恒流。由于导线是无限长的,它们的分布电容永远不会完全充电到源电压,它们的分布电感永远不会允许无限制的充电电流。换句话说,只要开关是关闭的,这对导线就会从电源吸取电流,就像一个恒定负载一样。电线不再仅仅是电流的导体和电压的载流子,而是本身构成一个具有独特特性的电路元件。这两根电线不再仅仅是一对导体,而是一个输电线路。
作为恒定负载,传输线对施加电压的响应是电阻性的而不是无功性的,尽管它仅由电感和电容组成(假设超导导线的电阻为零)。我们之所以这么说,是因为从电池的角度来看,永远消耗能量的电阻和永远吸收能量的无限传输线之间没有区别。这条线的阻抗(电阻)以欧姆为单位称为电阻特性阻抗它是由两个导体的几何形状决定的。对于带有空气绝缘的平行导线,其特性阻抗可以这样计算:
如果传输线是同轴的,则特性阻抗遵循不同的方程:
在两个方程中,分数的两项都必须使用相同的计量单位。如果绝缘材料不是空气(或真空),特性阻抗和传播速度都会受到影响。传输线的真实传播速度与在真空中光速的比值称为速度的因素那条线。
速度因子纯属绝缘材料的相对介电常数(否则称为其)介电常数),定义为材料的电场常数与纯真空的电场常数之比。任何电缆类型同轴或其他方式 - 可以通过以下公式计算的任何电缆类型同轴或其他方式的速度因子:
特性阻抗也称为特性阻抗并且它是指传输线的等效电阻,如果由于分布电容和电感和电流“波”在传播速度的长度沿其长度传播,而是沿其长度相等的光速度传播。
在传输线的特征阻抗(z的前两个方程中的任一个中可以看出0.)随导体间距增加而增加。如果导体彼此远离,分布电容会减小(电容“板”之间的间距变大),分布电感会增大(两个相反磁场的抵消减少)。更少的并联电容和更多的串联电感导致更小的电流,由任何给定的施加电压,这是一个更大的阻抗。相反,将两个导体靠得更近,则并联电容增加,串联电感减小。这两种变化都导致在给定的施加电压下产生更大的电流,相当于更小的阻抗。
排除任何损耗效应,如介质“泄漏”和导体电阻,传输线的特性阻抗等于线路单位长度电感除以线路单位长度电容的平方根:
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