53.68微秒
学生应该意识到,通过措辞的问题,电压信号可能不会到达远端电缆后,立即关闭开关。虽然光速非常、非常快,但它不是瞬间的:会有可测量的时间延迟。
如果电池和开关连接到10英里长的电缆的一端,并且使用两个示波器在电缆两端记录电压,那么这两个脉冲的时间有多远,假设传播速度等于69%的光速(换句话说,电缆有一个速度的因素等于0.69)?
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77.80微秒
学生应该意识到,通过措辞的问题,电压信号可能不会到达远端电缆后,立即关闭开关。虽然69%的光速仍然非常非常快,但它不是即时的:将有可测量的时间延迟。
RG-58/U同轴电缆的“50欧姆”额定值代表什么?解释一个简单的电缆,两个导体之间没有连续性,如何可能被额定欧姆。
提示:这种“50欧姆”的额定值通常称为特征阻抗的电缆。这个参数的另一项是浪涌阻抗,我认为这更有描述性。
给出以下测试电路,用示波器进行记录当前的从电池到电缆(测量通过一个分流电阻的电压降),在开关闭合后示波器会记录什么样的波形或脉冲?
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示波器将使大约等于480μV的平方边缘电压脉冲,当然是约480 mA的电流:
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脉冲持续时间应该在162.67微秒和170.42微秒之间(基于两个不同的数字,我获得的RG-58/U电缆速度因子)。
回答这个问题需要几个步骤,以及多个概念的组合。从答案中应该显而易见欧姆的法律(我=E/R)对于计算脉冲电流是足够的,但是答案中给出的时间延迟图可能会使一些学生感到困惑。对于那些计算出的时间比答案中给出的时间少一半的学生,鼓励他们想想为什么他们的(错误的)答案会有50%的误差。这种2:1的比率的存在意味着一种简单的概念误解。
对于RG-58 / U电缆速度因子,我获得了两个不同的数字:0.63和0.66,占给出的两个时间延迟答案。
给出以下测试电路,用示波器进行记录当前的从电池到电缆(测量电压掉落在分流电阻上),在开关闭合后示波器寄存器的波形或脉冲是什么样的波形或脉冲?
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当开关关闭时,示波器将显示一个持续的480毫安电流。
挑战您的学生思考另一个电气元件(除了一个无限长度的RG-58 / U电缆之外),可以随时绘制来自24伏源的电流480mA,随时关闭。提示:你不必非常努力!
假设这个10英里长的RG-58/U电缆被一个电阻等于电缆本身的电阻“终止”特征阻抗:
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在开关闭合后示波器会显示什么样的波形或脉冲?
当开关关闭时,示波器将显示一个持续的480毫安电流。
要求您的学生将此电路的行为与Unterminated RG-58 / U电缆的行为进行比较。这个电路的行为如何不同?这是为什么?
用另一种方式来表达这个问题,包含一个终端电阻对表面有什么影响长度电缆?换句话说,什么长度的RG-58/U电缆会表现出完全相同的电路?
当一个脉冲沿着“无端”电缆传播,到达开路时,它会做什么?它是消失了,还是去了别的地方?
当一个脉冲沿着一个由短路终止的电缆传播时,它会做什么?它是消失了,还是去了别的地方?
一个电压脉冲,在到达电缆的短端时,将被“反射”回它来的方向,当电流沿同一方向移动时,它的极性被颠倒。
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在反射脉冲到达源后,源极端子的最小电压和电缆中的最大电流。
为了帮助回答这个问题,提出学生在短路条件(最小电压,最大电流)中彼此相互关联的电压和电流是有帮助的。
如果电缆端接一个不正确的电阻(不等于电缆的特性阻抗)会发生什么?
任何终端电阻不等于电缆的特性电阻(太小或太大)都会产生反射波,尽管其振幅比电缆未端接或直接短路时要小。
回答这个问题是一个定性思考的练习:比较终止与适当数量的阻力,终止与无限或零阻力的结果。一个值不合适的终端电阻将在这些极端情况之间产生影响。
例如,比较正确端接电缆的电缆阻抗(在相当长的一段时间后由电压源“看到”的)与开路电缆或短路电缆的阻抗。当传输延迟时间过去后,由一个不正确的电阻终止的电缆对源“看起来”像什么?
两个导体电缆的均匀施工将展示均匀特征阻抗(Z0)由于其内在,分布式电感和电容:
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如果我们把电缆变窄,使导体更紧密,所有其他尺寸保持不变,这个特性阻抗的值会发生什么变化?
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Z0将减少。我将留给你来解释为什么会发生这种情况。
请务必要求学生解释为什么基于在整个电缆中的电容和电感的已知变化,特征阻抗将改变它所做的方向。对于学生来说,要解释为什么由于两种导体在一起时电容会增加电容,但它可能不如视觉,为什么电感会降低。询问的良好“ocratic”问题是关于磁场强度的,假设电缆的一端短路,并且连接到另一端的直流电流源。请务必提醒他们讨论当前和磁场的右手开瓶器规则,以他们对此后续问题的答案!
两个导体电缆的均匀施工将展示均匀特征阻抗(Z0)由于其内在,分布式电感和电容:
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如果我们要使电缆更宽,那么导体进一步突出的这种特征阻抗的价值会发生什么,所有其他尺寸保持不变?
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Z0将增加。我将留给你来解释为什么会发生这种情况。
请务必要求学生解释为什么基于在整个电缆中的电容和电感的已知变化,特征阻抗将改变它所做的方向。对于学生来说,要解释为什么由于两种导体在一起时电容会增加电容,但它可能不如视觉,为什么电感会降低。询问的良好“ocratic”问题是关于磁场强度的,假设电缆的一端短路,并且连接到另一端的直流电流源。请务必提醒他们讨论当前和磁场的右手开瓶器规则,以他们对此后续问题的答案!
两个导体电缆的均匀施工将展示均匀特征阻抗(Z0)由于其内在,分布式电感和电容:
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如果我们缩短电缆的长度,所有其他尺寸保持不变,这个特性阻抗的值会发生什么?
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假设我们正在设计一对BJT放大器电路连接到长双导线的任一端:
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我们如何选择每个晶体管放大器电路中的元件值来自然终止75 Ω电缆的两端?
RC发射放大器应为75Ω,并行等效电阻rB1| | RB2接收放大器的。
这个问题真的是一个评论Thévenin的定理这适用于共同发射器,分频偏置BJT放大器电路。
如果有人问起,电缆的“之”字形表示这些点之间的距离,但没有指明。换句话说,电缆是较长比原理图上可以按比例表示的要多。
假设我们正在设计一对BJT.放大器电路连接到长双导线的任一端,每根端通过变压器耦合到其各个放大器:
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我们如何选择每个晶体管放大器电路中的元件值来自然终止75 Ω电缆的两端?
RC发射放大器的电阻应为1.875 kΩ,并联等效电阻RB1| | RB2接收放大器的。
这个问题实际上是对Thévenin定理的一个回顾,因为它适用于共发射极,分偏BJT放大器电路,以及阻抗变换,因为它适用于升压和降压变压器。
如果有人问起,电缆的“之”字形表示这些点之间的距离,但没有指明。换句话说,电缆是较长比原理图上可以按比例表示的要多。
一些通信网络使用电缆不仅提供数据传输的路径,而且还提供直流电源来激励连接到电缆的电路。
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然而,如果我们如图所示终止电缆,终止电阻将耗散大量的功率。这是浪费能源,并会给给网络电缆提供直流电源的电源带来不必要的负担。
我们如何消除直流电源/信号电缆中终端电阻耗散的功率问题,同时仍然保持适当的终端以避免反射信号?
找一段同轴电缆,带到课堂上讨论。在讨论之前,尽可能多地确定你的电缆信息:
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