U praksi se najčešće koriste dugi vodovi za prijenos snage od generatora do opterećenja. Za to je poželjniji režim putujućeg talasa. Da bi se osigurao ovaj režim, potrebno je da otpor opterećenja Zn = Rn + jHn zadovolji dva uslova: aktivni dio opterećenja Rn mora biti jednak valnoj impedanciji linije
a reaktivni dio opterećenja Xn mora biti jednak nuli:
Ako otpor opterećenja zadovoljava uslove (2.1), (2.2), onda se kaže da je linija konzistentna sa opterećenjem.
Ciljevi harmonizacije
Opći princip usklađivanja složenih otpora je da je u liniji dodatno uključen odgovarajući element, čiji odraz kompenzira refleksiju od opterećenja. Istovremeno, nastoje osigurati da se odgovarajući element nalazi što bliže opterećenju. Ovo se radi kako bi se smanjila dužina nekoordiniranog dijela linije od opterećenja do odgovarajućeg elementa. Uključivanje odgovarajućeg elementa u liniju ima sljedeće ciljeve:
povećanje snage koja se prenosi na opterećenje;
povećanje električne snage linije;
povećanje efikasnosti linije;
otklanjanje štetnog dejstva reflektovanog talasa na generator.
U modu mješovitih valova, linija se mijenja između maksimuma i minimuma napona. Na mjestima naponskih maksimuma olakšavaju se uslovi za električni kvar. Eliminacija reflektiranog vala dovodi do maksimalnog smanjenja napona. Stoga se duž takve linije može prenijeti više snage ili se njena dielektrična čvrstoća može povećati.
Utjecaj podudarnosti na efikasnost linije je razmotren gore (vidi str. 30) i ilustrovan na sl. 1.21. Utvrđeno je da što je veća efikasnost, to je linija bolje usklađena sa opterećenjem, tj. manji je modul koeficijenta refleksije |G|.
Val reflektiran od opterećenja usmjeren je na generator i može značajno utjecati na način njegovog rada. Na primjer, nedovoljna koordinacija generatora sa dalekovodom može dovesti do promjene frekvencije generiranih oscilacija, smanjenja izlazne snage generatora ili do potpunog prekida procesa proizvodnje. Zahtjevi za Kbr na izlazu generatora u velikoj mjeri su određeni tipom ovog generatora.
Električni vod prikazan na sl. 2.31, spajanje generatora na opterećenje, služi za prijenos najvećeg mogućeg dijela snage generatora Rg na prijemnik, odnosno na opterećenje ovog voda. Snaga koju prima opterećenje će biti označena sa P 2 .
Vrijednost snage P 2 ovisi o nizu faktora, kojima se sada okrećemo.
1. U slučaju kada Z 1 = Z 0 = Z 2 i nema gubitaka u liniji, snaga koja se oslobađa u opterećenju je P 2 = P 1 = P 0.
2. U liniji s gubicima, snaga P 2 oslobođena u opterećenju manja je od snage P 1 koja ulazi u linijski ulaz za iznos gubitka snage P p u ovoj liniji, tj. P 2 = P 1 - R p .
3. U slučaju kada izlazna impedancija generatora Z g nije u skladu s ulaznim otporom linije Z 1 \u003d U 1 /I 1, generator daje samo dio svoje snage R g liniji. Neusklađenost otpora može biti posljedica nejednakosti aktivnih otpora R g nije jednak R 1 ili reaktivnog X g ≠ - X 1, kao i oba ova razloga, odnosno R g + iX g ≠ R 1 - iX 1. Posljedica ovih razloga je raspodjela snage generatora na izlaznim elementima njegovog kola, odnosno na anodi izlazne lampe, itd. U pravilu se jednakost R g = R 1 izvodi transformacijom izlaznog otpora generatora, izvedeno u njegovom izlaznom krugu. Da bi se ispunio uvjet X g \u003d -X 1, dovoljno je isključiti izlazni krug generatora u odnosu na rezonantnu frekvenciju, što, međutim, donekle mijenja vrijednost izlaznog otpora R g. Tipično, predajnik ima ograničen domet od Z r . Za konvencionalna kola predajnika, možete odrediti sljedeća ograničenja za promjenu njegovog izlaznog otpora: $30\leqslant(R_g)\leqslant(100)\;Ohm$, $-300\leqslant(X_g)\leqslant(300)\;Ohm. Ako se ulazna impedancija generatora Z g značajno razlikuje od ulaznog otpora linije, tada se dodatno koriste posebni uređaji za usklađivanje. O ovim uređajima će se detaljnije govoriti kasnije. § 3.4). Ovdje napominjemo da takvi uređaji pružaju širokopojasno usklađivanje, ali unose dodatne gubitke od oko 0,5 ... 2 dB. Stoga, ako želimo izbjeći dodatne gubitke, treba odabrati ulazni otpor linije Z 1 tako da njegova vrijednost bude unutar promjene izlaznog otpora generatora.
4. Kada je ulazna impedansa tereta Z 2 neusklađena sa talasnom impedancijom linije Z 0, u potonjoj, pored upadnog talasa U pada, reflektovani talas U neg. Oba ova talasa formiraju stajaći talas u liniji snabdevanja (vidi Sl. pirinač. 2.41). U ovoj situaciji, snaga P 2 koja se prenosi na opterećenje će biti određena jednadžbom P 2 = P dole - R negativna, gde je P dole i P negativna - snaga upadnog i reflektovanog talasa, respektivno.
Reflektirani talas, vraćajući se u predajnik, smanjuje nivo snage P g do vrijednosti R 1 = R g - R neg . Imajte na umu da u liniji bez gubitaka R 2 = R 1 . Ova jednakost ne zavisi od stepena slaganja (ili neusklađenosti) dalekovoda. Onda ako je Z g ≠ Z 1, onda opet postoji refleksija. Ako je Z g \u003d Z 1, zatim ukupna snaga generatoraP gudari opterećenje, bez obzira na vrijednost omjera stajaćih valova. Podsjetimo da ulazna impedansa linije ovisi o dužini linije. l , njen talasni otpor Z0 i otpornost na opterećenje Z2. Njegova vrijednost je određena formulom ( 2.84 ). I, na kraju, još jednom naglašavamo da je snaga reflektovanog talasaR o tr nije snaga gubitka kao što se ponekad piše u knjigama za radio amatere.
5. U linijama sa gubicima poput upadnog talasa snage R g, i reflektirani val snage P neg kada se šire duž linije, oni prolaze kroz slabljenje (vidi Sl. pirinač. 2.41b). Ako želite, kada koristite takvu liniju, koja takođe ima neusklađenost, tj. Z 2 ≠ Z 0, da dobijete isti nivo snage u opterećenju (na primjer, u anteni), onda morate povećati nivo P g po iznosu ΔR g = R zat + R dis, gdje je P zat - gubitak snage za slabljenje, P dis - gubitak snage zbog neusklađenosti.
Dodatni gubici u liniji zavise i od gubitka prigušenja linije i od vrijednosti koeficijenta stojećeg talasa K stU u liniji. Za male vrijednosti $K_(stU)\leqslant(2)$, dodatni gubici su vrlo mali, i samo na $K_(stU)\geqslant(4)$ mogu dostići nivo vlastitih gubitaka prigušenja linije . Iz toga slijedi da u praksi u HF opsegu, gdje su vlastiti gubici linije neznatni ( A< 1 дБ ), može se tolerisati veliki nivo neusklađenosti između izlazne impedanse predajnika i ulazne impedanse dalekovoda. Ako je neusklađenost između izlaza predajnika i linije vrlo velika, onda je jedna od mogućih mjera za poboljšanje podudaranja promjena dužine dalekovoda. Kasnije (up. § 3.1) pogledajmo bliže dalekovode velike vrijednosti K stU, koji se nazivaju rezonantnim.
6. Dodatne gubitke u dalekovodu unose pojedinačni elementi koji služe za poboljšanje usklađenosti. O izvodljivosti njihove upotrebe odlučuje se na osnovu poređenja gubitaka prigušenja koje oni unose i dodatnih gubitaka zbog neusklađenosti (u nedostatku elemenata za podešavanje linije).
Stranica 1
Usklađivanje linije na ulazu (RH p) osigurava da nema refleksije obrnutog vala od početka linije i time formiranja jednog impulsa.
Usklađivanje linija nije potrebno ako je njegova dužina manja od četvrtine valne dužine. U ovom slučaju, kapacitet otklonskih ploča je uključen u kapacitet podešenog kruga. Spojni zavojnici i kola moraju biti dimenzionirani prema teoriji spajanja transformatora.
Usklađivanje linija i na izlazu i na ulazu poboljšava stabilnost katodnog sljedbenika. Ako je iz bilo kojeg razloga narušena koordinacija na kraju linije, u njoj se pojavljuje val koji se odbija od opterećenja. Ovaj efekat je dopunjen pojavom sekundarnih refleksija ako linija nije usklađena sa izvorom signala. Stoga, ako je moguće očekivati (tokom rada pojačala) kršenja usklađivanja na izlazu linije, onda je u ovom slučaju poželjno uskladiti liniju i na njenom ulazu.
Usklađivanje linija na fiksnoj frekvenciji rješava se prilično jednostavno. Da bi se opterećenje uskladilo sa linijom, koriste se uređaji koji transformišu otpor opterećenja u aktivni otpor jednak talasnom otporu linije. Kao takvi uređaji koriste se reaktivni elementi koji ne uzrokuju dodatne gubitke.
Ako je poklapanje linija prekinuto, tada je u srednjem dijelu slike pulsa vidljiv šiljak (sl. 3 - 13i), koji se pojavio kao rezultat refleksije. Direktno izmjerena vrijednost impulsa ne smije biti veća od 15 mm. Takođe ne bi trebalo biti porasta ili pada ravnog vrha pulsa iznad prosečnog prekoračenja.
Fizičko podudaranje linije znači da takva linija raspršuje svu upadnu mikrovalnu snagu bez stvaranja reflektiranih valova. Drugim riječima, u usklađenom dalekovodu, SWR je jednak jedan. U EPR spektrometru, usklađeno opterećenje je uključeno u jedan od krakova dvostrukog G-mosta (sl. Ovo olakšava usklađivanje čitave putanje talasovoda.
Prilikom usklađivanja dalekovoda uzima se u obzir takozvana karakteristična impedansa koaksijalnog kabla. Uglavnom se koriste kablovi od 75 i 50 oma. To znači da završni otpornici od 50 ili 75 oma moraju biti povezani na krajeve takvih kablova. Kapacitet takve linije se ne uzima u obzir, već se uzima u obzir samo linearno kašnjenje prostiranja signala duž kabla.
Prilikom provjere usklađenosti linije kašnjenja, koja se sastoji od 24 sekcije i odlaže signal za oko 0 2 μs, kontrolni signal se primjenjuje na ulaz Y osciloskopa. Rs - Ako je poklapanje linija narušeno, tada je u srednjem dijelu pulsne slike vidljiv šiljak (sl. 10 - 5), koji se pojavio kao rezultat refleksije.
Idealan uslov za usklađivanje linije kašnjenja je jednakost izlazne impedanse izvora signala sa impedansom linije na svim frekvencijama. Glavni zadatak kaskada koje se nalaze na ulazu i izlazu linije kašnjenja je stvaranje uvjeta podudarnosti koji su što bliže idealnim. Osim toga, ponekad je potrebno ispraviti izobličenja u ovim fazama uzrokovana slabljenjem i nelinearnošću fazne karakteristike linije kašnjenja. Prilikom odabira specifičnih rješenja kola mora se voditi računa da je najbolje rješenje ono koje, ceteris paribus, daje najveću vrijednost naponskog pojačanja.
Zašto trebate uskladiti liniju ili valovod s opterećenjem.
Budući da je uslov za usklađivanje linije sa opterećenjem da potonji mora imati čisto aktivan karakter i biti jednak valnoj impedansi linije, moguće je spojiti dva voda bez stvaranja odraza energije na spoju ako su njihove valne impedanse isto.
Razmotrili smo metode uskopojasnog i širokopojasnog usklađivanja između linija i opterećenja, koje se svode na uvođenje reaktivnih elemenata u liniju za kompenzaciju refleksije od opterećenja. Ove metode se koriste kada je opterećenje uskopojasni rezonantni sistem.
USPOREĐIVANJE LINIJA SA OPTEREĆENJEM
| Naziv parametra | Značenje |
| Tema članka: | USPOREĐIVANJE LINIJA SA OPTEREĆENJEM |
| Rubrika (tematska kategorija) | Obrazovanje |
Kao što je ranije spomenuto, za prijenos signala preko linije, izuzetno je važno implementirati mod putujućih valova tako da , ᴛ.ᴇ. na Z H = R 0 .
U praksi, to ne radi uvijek ᴛ.ᴇ. linija nije usklađena sa opterećenjem.
U ovom slučaju, način pregovaranja se implementira pomoću uređaja koji se pozivaju otporni transformatori,- odgovarajući uređaji.
Koje parametre treba da ima transformator?
jedan). Linija će imati režim putujućeg talasa.
Segmenti kratkih linija se koriste kao otporni transformator. L< (l/4).
Režim stojnog talasa se koristi za dobijanje reaktivnog elementa. Može se pokazati da će segment sa kratkim spojem imati
 |
|||
|
|
Uvod 3
Odjeljak 1. Osnovni pojmovi i definicije teorije
električna kola. idealizovani elementi. Ohmovi i Kirchhoffovi zakoni. 5
Odjeljak 2. Linearna kola sa harmonikom
uticaj. petnaest
Odjeljak 3. Frekvencijska selektivna kola. 31
Odjeljak 4. Prijelazni procesi u električnim kolima
Odjeljak 5. Osnove teorije četveropola 67
Odjeljak 6. Krugovi s distribuiranim parametrima
(Dugi redovi). 80
OSNOVE TEORIJE KRUGOVA.. 1
ODJELJAK 1. OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE TEORIJE ELEKTRIČNIH KOLA. IDEALIZOVANI ELEMENTI. Ohmovi i Kirchhoffovi zakoni .. 5
Definicije električnih kola.. 5
Lanac- ϶ᴛᴏ skup uređaja, elemenata, uređaja koji formiraju put za električnu struju, elektromagnetski procesi u kojima se opisuju pomoću EMF, struje, napona, magnetskog i električnog polja.Električno kolo mora biti predstavljeno električnim kolom. 5
Dijagram ožičenja- ϶ᴛᴏ uslovni grafički prikaz električnog kola, u kojem je svaki element predstavljen konvencionalnim znakom. Postoji nekoliko vrsta shema koje se razlikuju po svojoj namjeni. 5
a) Strukturni (funkcionalni) dijagrami - ovo je simbolična slika kola, koja pokazuje njegove najvažnije funkcionalne dijelove. 5
b) Šematski dijagram - ovo je uvjetna slika kola, koja prikazuje sve elemente i kako su povezani. Šema označava slovnu oznaku, serijski broj, parametre elemenata. 5
c) Ekvivalentno kolo- ϶ᴛᴏ dijagram električnog modela realnog kola. Na primjer, ekvivalentno kolo bipolarnog tranzistora. 6
d) Ekvivalentna kola- ϶ᴛᴏ takva kola koja imaju iste vanjske električne karakteristike, iako se mogu razlikovati po izgledu. 6
e) Šeme ožičenja- odražavaju dizajn uređaja, lokaciju elemenata, provodnika, simboličku oznaku elemenata, kontrolnih tačaka itd.
Hostirano na ref.rf
6
Idealizirani element - to je model fizičkog fenomena. U praksi, idealni elementi ne postoje. Pod određenim uslovima i zadatom tačnošću, idealizovani element karakteriše stvarni element. Razlikovati pasivno i aktivno idealizovani elementi. 6
To uključuje otpor, kapacitivnost, induktivnost. Svojstva ova tri elementa imaju stvarne elemente: otpornik, kondenzator, induktor (uključujući transformator). 6
Zovu se elementi za koje je energija pozitivna u bilo kojem trenutku pasivni elementi. 8
Otpor simulira gubitak električne energije (električna energija se pretvara u toplinu) u bilo kojem trenutku. Pravi predmet otpornik troši električnu energiju. Trebao bi biti predstavljen idealnim elementom - otporom. osam
kapacitivnost i induktivnost su pasivni elementi. osam
W>0. U slučaju snage P kapacitivnost i induktivnost je pozitivna, tada u datom vremenskom intervalu kapacitivnost akumulira energiju električnog polja, a induktivnost - magnetsko polje. U ovom slučaju se kaže da se element puni. U vremenskom intervalu kada P < 0 элемент разряжается, отдаёт накопленную энергию во внешнюю цепь. Ёмкость и индуктивность называются energetski intenzivni elementi. 8
Otpornik. U otporniku, kada struja prolazi kroz stezaljku, stvara se magnetsko polje. Da bi se uzela u obzir akumulacija magnetske energije, potrebno je uvesti induktivnost. devet
Induktor. Žica zavojnice ima omski otpor koji se ne može zanemariti na niskim AC frekvencijama. Takođe je moguće uzeti u obzir proces akumulacije energije električnog polja 9
Idealizirani aktivni elementi.. 9
Aktivni elementi su kontrolisane i nekontrolisane izvore električne energije. 9
Idealan izvor emf je to je izvor električne energije čiji napon na stezaljkama ne zavisi od veličine struje koja teče. Ovo bi trebao biti slučaj samo ako je unutrašnji otpor nula 9
Idealan izvor struje je to je izvor električne energije, količina struje kroz koju ne zavisi od napona na njegovim stezaljkama. Unutrašnji otpor izvora jednak je beskonačnosti. deset
Pravi nekontrolisani izvori električne energije.. 10
Operativno pojačalo uobičajeno je nazivati izvor napona kontroliran naponom (INUN), u kojem je koeficijent konverzije K U = ∞. 12
Polovi (1) i (2) se nazivaju ulazni polovi, oni su povezani na izvor ulaznog signala - uticaj. 12
Prvi pol (1) se zove invertible, to je označeno znakom ʼʼminusʼʼ (-). Signal, prolazeći kroz ovaj ulaz kroz pojačalo, mijenja se u fazi za 180 stepeni. Drugi stup (2) - nije invertibilan. treći pol (3) - slobodan dan generira izlazni signal - odgovor. Opterećenje je spojeno na njega. Zajednički pol (osnovni) ima potencijal φ = 0.12
1. Po broju vanjskih polova: 13
Pozivaju se dva pola 1 - 1`, na koje se primjenjuje djelovanje ulazni polovi. 13
Pozivaju se dva pola 2 - 2`, na koje je priključeno opterećenje izlazni polovi. 13
Zovu se kola sa mnogo polova višepola. 13
2. Po obliku diferencijalne jednadžbe(DU) lancima. 13
3. Po prirodi (vrsti) koeficijenata a i DE: 14
linearni lanci- koeficijenti a i ne zavise od x i y; četrnaest
nelinearna kola- izgledi a i(x, y) su funkcija izloženosti ili odgovora, odnosno zavise od x i y; četrnaest
parametarski - kvote a i(t) zavisi od vremena t. četrnaest
4. Po obliku izvedenica u DE. 14
Lumped kola. Takve lance opisuje DE u ukupnim derivatima. četrnaest
Krugovi sa distribuiranim parametrima DE su opisani u parcijalnim derivatima. četrnaest
5. Po vrsti elemenata. 14
a) Otporni krug sastoji se samo od otpornika R; četrnaest
b) Reaktivni krug sastoji se samo od L i C; četrnaest
c) RC - lanac; četrnaest
d) RL - lanac; četrnaest
e) RLC - kolo. četrnaest
ODJELJAK 2 LINIJSKI KRUGOVI.. 15
POD HARMONIČKOM IZLOŽENOM.. 15
Xm – amplituda(maksimalna vrijednost) fluktuacije; petnaest
X = Xm/√2‾ - efektivna vrijednost; 15
ω – ugaona frekvencija[rad/s]; petnaest
f= 1/T - ciklička frekvencija[Hz]; petnaest
T- period oscilovanja[sa]; petnaest
θ (t) = (ω t+φ 0) - obično se poziva kosinusni argument puna faza(jednostavno faza) harmonijske oscilacije; petnaest
Vektorski prikaz harmonijskog signala. 16
Poziva se množitelj operator rotacije. Karakterizira promjenu funkcije tokom vremena. 17
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, indikativni oblik će poprimiti svoj konačni oblik. 17
Trenutna kompleksna vrijednost mora biti upisana algebarski oblik 17
gdje a - pravi, b je imaginarni dio. 17
Fizičko značenje kompleksnog otpora. 19
Vektorski prikaz kompleksnog otpora. 20
Kompleksna provodljivost dijela strujnog kola. 20
Ekvivalentna kola kompleksnog otpora i provodljivosti.. 21
KOMPLEKSNE OTPORE I PROVODNOSTI IDEALIZOVANIH ELEMENTA 22
(P, L, C) 22
otpor R.. 22
Zaključak: u otporu R struja i napon su u fazi. 22
Induktivnost L.. 23
zaključak: složeni otpor induktora je čista reaktancija; 23
otpor je direktno proporcionalan frekvenciji, ᴛ.ᴇ. zavisno od frekvencije. 23
U induktoru napon prednjači struju za 90 0 . 23
Kapacitet C.. 23
zaključak: kompleksni otpor kapacitivnosti je čisto reaktivan; 24
obrnuto je proporcionalan frekvenciji; 24
napon na kapacitivnosti zaostaje za strujom za 90 0 . 24
Kompleksna impedansa mješovitog RLC kola.. 24
Modul kompleksnog otpora. 25
Zaključak: Otpor RLC kola zavisi od frekvencije. Može imati svojstva RC-, R- i RL-lanaca. 25
Hodograf ili amplitudno-fazna karakteristika (AFC) je lokus krajnjih tačaka vektora kompleksnog parametra u kompleksnoj ravni kada se frekvencija promijeni od 0 do ¥. 26
Zaključak: aktivna snaga P A karakterizira gubitak energije u kolu zbog otporne komponente r otpor. Reaktivna snaga P Q karakterizira akumulaciju energije u reaktivnom dijelu x. 29
Stoga faktor kvalitete karakterizira odnos između gubitaka i akumulacije energije. 29
Zaključak: Generator je usklađen sa opterećenjem, ako su unutrašnji otpor generatora i otpor opterećenja kompleksno konjugirani. trideset
ODJELJAK 3. FREKVENCIJSKI SELEKTIVNI KRUGOVI. 31
SELEKTIVNOST LANCA. FREKVENCIJSKE KARAKTERISTIKE. BANDWIDTH 31
ω n – frekvencija nosioca. 31
S\u003d ω 2 - ω 1 - širina frekvencijskog kanala. 31
Za razdvajanje kanala u radiotehnici koriste se uređaji “Električni filteri”- kolo sposobno za propuštanje signala unutar datog frekvencijskog opsegaS . (izbor signala.) 31
Svaki filter mora imati određenu selektivnost. 31
Selektivnost- sposobnost kola da izoluje ili propušta signale u datom frekvencijskom opsegu. 31
Bandwidth S, unutar kojeg filter propušta signale, se poziva propusni opseg(PP). 31
Pozivaju se dva pola 1-1` unos, na njih se primjenjuje ulazni signal. Terminali 2-2` se pozivaju vikend, na njih je priključeno opterećenje, na njima se nakon filtriranja formira izlazni signal. 31
Glavni parametar filtera je koeficijent prenosa napona K u ( jω) 31
Modul u odnosu na frekvenciju K(ω) pozvao amplitudno-frekvencijska karakteristika (AFC). 32
Ovisnost argumenta pojačanja ili faze o frekvenciji pozvao fazni frekvencijski odziv (PFC). 32
Frekvencijski odziv je drugi amplitudno-fazna karakteristika (AFC)- hodograf. Hodograf - ϶ᴛᴏ lokus krajnjih tačaka vektora parametara u kompleksnoj ravni kako se frekvencija mijenja od 0 do ¥. 32
Zaključak: AFC, PFC, hodograf čine porodicu složenih frekvencijskih karakteristika. 32
KLASIFIKACIJA FILTERA.. 33
Filteri se mogu klasificirati prema različitim kriterijima. 33
1) Po položaju propusnog opsega filtera. 33
a) Niskopropusni filter (LPF). 33
Širina pojasa je unutar 0 ≤ ω ≤ ω gr. ω gr - granična frekvencija propusnog opsega. 33
b) Visokopropusni filter (HPF) 33
Širina pojasa unutar ω gr< ω < ¥. 33
c) Pojasni filter (PF) 34
Širina pojasa leži između graničnih frekvencija ω gr1< ω < ω гр2 . 34
d) Filter za blokiranje (odbijanje). 34
2) Po relativnoj propusnosti. 34
3) Po selektivnosti filtera. 34
KOMPLEKSNE FREKVENCIJSKE KARAKTERISTIKE.. 35
SIMPLE CHAINS.. 35
lanac prvog reda. 35
KOMPLEKSNE FREKVENCIJSKE KARAKTERISTIKE.. 36
ČETIRI POLA.. 36
KRUG ZA IZBOR FREKVENCIJE DRUGE .. 38
NARUDŽITE.. 38
SERIJSKI OSCILATORNI KRUG. 38
Glavni, pojednostavljeni dijagrami i ekvivalentno kolo serijskog oscilatornog kola 38
Fenomen rezonancije u serijskom oscilatornom kolu. 39
Frekventne karakteristike serijskog kola povezanog sa četiri terminala 45
Zaključak: serijski oscilatorni krug treba koristiti kao propusni ili zarezni filter. 47
PARALELNI OSCILATORNI KRUG. 48
Šematski dijagram, ekvivalentno kolo. 48
Struje u granama paralelnog kola. 49
Frekventne karakteristike paralele. 49
oscilatorno kolo. 49
Iz ovoga se može zaključiti da je sve rečeno za otpor Z serijski oscilatorni krug vrijedi za provodljivost Y paralelno oscilatorno kolo. 49
POVEZANI OSCILATORNI KRUGOVI.. 50
Konverzija formule. 54
Formulacija problema.. 56
Prvi zakon.Napon na kapacitivnosti u trenutku prebacivanja. 57
ODJELJAK 5. OSNOVE TEORIJE.. 67
ČETIRI POLA.. 67
– koeficijent prenosa struje u režimu kratkog spoja na izlazu. 69
Odnos između primarnih parametara.. 71
quadripole. 71
Jednačine definiraju ulazni i izlazni napon. 72
Proračun primarnih parametara četveropola. 74
prema njegovom konceptu. 74
Primarni parametri bilo kojeg kola mogu se odrediti metodom nodalnog napona ili metodom struje petlje. 74
Neka četveropol sadrži n nezavisni čvorovi. 74
Povežite izvor struje na ulaz J 1 i van J 2, koji određuju ulaznu struju I 1 i izlaznu struju I 2. Unutra nema nezavisnih izvora. 74
Zatim možete sastaviti sistem jednadžbi koristeći metodu nodalnog naprezanja i napisati ga u matričnom obliku: 74
J 1 = I 1 , J 2 = I 2 , U 11 = U 1 , U 22 = U 2 74
Rješavanje sistema s obzirom na naprezanja U 11 i U 22, dobijamo jednačine u sistemu Z-parametara. 74
je opšta determinanta [Y]-matrica. 74
Električno stanje u kaskadnom priključku: 75
Uz paralelnu vezu četveropola, dodaju se [Y] - matrice. 76
Karakteristični parametri.. 77
quadripoles. 77
Takav krug je dvožični prijenosni vod: 80
Dif. ekv. jer se takvi lanci zapisuju u parcijalnim derivatima. Svi procesi se mogu opisati jednadžbama teorije polja, međutim, u inženjerskim proračunima mogu se koristiti Kirchhoffovi zakoni. 80
Na osnovu fizičkog zaključivanja može se sastaviti sljedeći segmentni dijagram. 80
Postoje dvije vrste dugačkih linija: 81
Primjer: Dvije žice i dielektrik napravljeni su od materijala koji ne mijenjaju svoja svojstva po dužini. 81
DIFERENCIJALNE JEDNAČINE HOMOGENE PRAVE POD HARMONIČKOM DJELOVANJEM (Telegrafske jednadžbe) 82
Rješenje telegrafskih jednačina. 83
Rezultirajuće jednačine su homogene 2. reda, linearne (jer Z 1 i Y 1 ne zavise od x). 83
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, konačno rješenje jednadžbi: 84
Uzmite u obzir sve modove talasa. 88
U praksi, to ne radi uvijek ᴛ.ᴇ. linija nije usklađena sa opterećenjem. 91
Uvod 3. 93
Odjeljak 1. Osnovni pojmovi i definicije teorije. 93
električna kola. idealizovani elementi. Ohmovi i Kirchhoffovi zakoni. 5 93
Odjeljak 2. Linearna kola sa harmonikom .. 93
uticaj. 15.93
Odjeljak 3. Frekvencijska selektivna kola. 31.93
Odjeljak 4. Prijelazni procesi u električnim kolima. 93
Odjeljak 5. Osnove teorije četveropola 67. 93
Odjeljak 6. Krugovi s distribuiranim parametrima. 93
(Dugi redovi). 80.93
KOORDINACIJA VODE SA TERETOM - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "KOORDINACIJA VODE SA TERETOM" 2017, 2018.
U ovom odjeljku ćemo razgovarati o opcijama za usklađivanje visokofrekventnih signala na štampanoj ploči. Kao što je prikazano u odjeljku , usklađivanje signala je neophodno u gotovo svakom modernom digitalnom kolu. A rješenje ovog problema nije dodijeljeno samo dizajneru kola, već i dizajneru štampane ploče. Od njega zavisi koliko će se kompetentno riješiti sva pitanja koordinacije dalekovoda.
Kakva bi trebala biti struktura PCB-a? U koje slojeve treba postaviti kritične signale, a u koje planove uzemljenja i napajanja? Gdje bi trebao biti završni otpornik? Kako ga treba spojiti na pin mikrokola i na referentni plan? Zadatak projektanta je da dobije potpuni opis zahtjeva za kola za kondicioniranje signala prije početka projektovanja ploče i da te zahtjeve kvalitetno implementira prilikom projektovanja štampane ploče.
Pitanja koja se postavljaju u ovom članku dobro su poznata dizajnerima kola, ali često postaju kamen spoticanja u interakciji s dizajnerom PCB-a i dovode do poteškoća, ako je potrebno, da se takvi zahtjevi jasno navedu u opisu zadataka za razvoj tiskanog kola. board. Nadamo se da će naša publikacija pomoći u uklanjanju ovih prepreka.
Vrste odgovarajućih dalekovoda
„Klasični“ RF vodovi za prenos podataka (slika 1) su usklađeni i na strani izvora i na strani prijemnika signala (opterećenja) uz pomoć „završnih“ otpornika sa vrednošću Z 0 (jednake po veličini sa karakteristična impedansa linije). Tipično, izvor i/ili ponor imaju vlastitu odgovarajuću izlaznu/ulaznu impedanciju. Iako je ova tehnologija idealna i u mnogim slučajevima jedina prihvatljiva, prepolovljuje veličinu primljenog signala. Stoga većina dizajna analognih i digitalnih kola koristi drugačiju opciju - izvor niskog otpora i prijemnik signala visokog otpora, sa završetkom linije samo na jednom kraju, što vam omogućava da održite izvorni nivo signala na kraju prijema.
Mikrotalasni inženjeri često koriste reaktivne komponente ili čak dužinu provodnika kao završni element, međutim, završetak širokopojasnih analognih i digitalnih signala zahtijeva odgovarajuće otpornike, po mogućnosti SMD, zbog njihovih dobrih RF svojstava.
Da bi se maksimalno iskoristili završni otpornici, oni moraju biti povezani na referentne ravni pomoću tehnologije "niske induktivnosti", kao što je prikazano na sl. 2.
Na sl. Slika 1 prikazuje tipične šeme za usklađivanje dalekovoda. Klasična shema podudaranja se još uvijek često koristi za prijenos signala velike brzine, na primjer, preko stražnjih ploča (konektorskih ploča).
Sekvencijalno podudaranje
Ako se signal širi samo duž ploče, može se koristiti serijski završni krug na kraju odašiljača, birajući završni otpornik tako da se u seriji s izlaznim otporom dobije vrijednost jednaka Z 0 linije. . Ova metoda ima prednost niske potrošnje energije i najprikladnija je za vodove s jednim opterećenjem na udaljenom kraju. Ako postoje dodatna opterećenja duž dužine linije, oni mogu doživjeti "lažno prebacivanje zbog reflektiranog vala" i možda će morati umjetno usporiti brzinu ulaza kako bi spriječili lažno okidanje.
Paralelno pregovaranje
Paralelni završetak (ili "shunt") na krajnjem kraju linije koristi se kada postoji više uređaja povezanih duž cijelog dalekovoda, a oni moraju biti vrlo brzi, što može dovesti do "slučajnog prebacivanja".
Završni otpornik na sl. 1 je prikazan spojen na uzemljenje, ali za neke porodice logičkih čipova ovo može biti drugačiji referentni plan napajanja (na primjer, pozitivno napajanje za ECL familiju). Paralelni završetak dovodi do mnogo veće potrošnje i takođe može preopteretiti izlaze čipova.
Alternativni tipovi paralelnog uparivanja su Theveninova šema i RC šema. Thévenin kolo koristi otpornike čiji paralelni otpor daje Z 0, a čije su vrijednosti takve da je istosmjerni napon u srednjoj tački približno jednak srednjem linijskom naponu kako bi se smanjila potrošnja. Thevenin kolo zahtijeva ispravno razdvajanje planova napajanja u cijelom korištenom frekvencijskom domenu, tako da odgovarajuće kondenzatore za razdvajanje treba postaviti blizu linije.
RC kolo obično koristi završni kondenzator između 10 i 620 pF i izvodi završetak samo na visokim frekvencijama. Zbog poteškoća u korištenju kondenzatora u širokom frekventnom opsegu, RC kola su manje efikasna od paralelnih i Thévenin uparivanja.
Kolo "aktivnog usklađivanja" koristi napajanje za održavanje nivoa napona na "dodatnom" referentnom planu na potrebnom nivou, koji je isti kao i prosječna vrijednost digitalnih signala. Na ovaj plan je povezan paralelni završni otpornik, koji mora biti ispravno odvojen za dati frekvencijski opseg. Električni ekvivalentno Thévenin kolo može smanjiti potrošnju energije kada se koristi referentni napon klase AB (sposoban i za napajanje i za potonuću struju).
dvosmjerna linija
Ako je dalekovod dvosmjeran, optimalna lokacija za završni otpornik (serijski ili paralelni) je u sredini linije. Stoga takve vodove treba napraviti što je moguće kraće, ne mogu raditi maksimalnom brzinom na kojoj su sami mikro krugovi sposobni raditi. Umjesto serijskog završetka na sredini linije, serijski završni otpornici se koriste na izlazu svakog od mogućih predajnika, ali to možda neće dati dobre rezultate u smislu integriteta signala, osim ako su ovi vodovi vrlo kratki. Paralelni završetak na oba kraja može biti veoma dobar i obezbediti veće brzine prenosa, međutim, predajnici moraju biti u stanju da upravljaju opterećenjem sa manjom impedancijom, a potrošnja kola u celini se povećava. Paralelni završetak (ili Thévenin ili aktivni završetak) na oba kraja se koristi u serijskim ili paralelnim sabirnicama podataka kao što su SCSI i Ethernet.
Konfiguracija zvijezda
Ako je nekoliko serijski koordiniranih dalekovoda spojeno na jednu tačku "zvijezdom", tada:
- ili koristite jedan završni otpornik, odabran tako da ukupni otpor izvora bude jednak paralelnoj kombinaciji svih vodova povezanih zvijezdom;
- ili koristite završni otpornik u svakoj liniji.
Drugo rješenje je bolje.
Konfiguracija zvijezde se također može koristiti za povezivanje više paralelnih usklađenih linija. U svakom slučaju, izvor mora biti u stanju pokretati paralelnu kombinaciju otpora svih povezanih vodova.
Općenito, bolje je odabrati veću vrijednost od Z 0 kako bi se smanjile signalne struje i smanjilo zračenje provodnika. Mnoge uobičajene CMOS ili TTL porodice IC-a nisu prvobitno bile dizajnirane za rad na dalekovodu i nemaju dovoljnu izlaznu snagu, niti izlaznu impedanciju koja je identična za visoke i niske izlazne nivoe. U principu, takvi mikro krugovi se ponekad mogu koristiti povezivanjem prema serijskom usklađenom kolu, kao i korištenjem Thevenin, RC uparujućih ili aktivnih sklopova za usklađivanje u visokoimpedansnim linijama, međutim, gotovo je nemoguće predvidjeti optimalnu vrijednost impedanse i optimalnu sklopni krug za svaki tip mikrokola.
Međutim, mnoga moderna mikrokola su dizajnirana posebno za rad na dalekovodu, a širok spektar dostupnih uređaja kao što je LVDS, itd., pojednostavljuje zadatak generiranja taktnih signala (stroboskopova, "satova") i rad sa sabirnicama podataka, i također smanjuje složenost EMC-a. Drajverski čipovi (predajnici) za sabirnice podataka mogu imati izlaznu impedanciju od 25 oma - ovo pruža mogućnost povezivanja "zvezda" četiri odvojene linije sa impedancijom od 100 oma ili šest linija sa impedancijom od 150 oma. Neki tipovi drajvera imaju ugrađen DC/DC pretvarač, koji im omogućava da generišu dvostruki nivo izlaznog signala u odnosu na standardni logički nivo, i na taj način, kada su povezani u klasično kolo za usklađivanje, obezbeđuju standardni nivo signala na prijemniku unos.
Struktura slojeva štampane ploče
U prethodnom članku smo pokazali da je za kritične signale velike brzine važno imati referentni plan koji se nalazi blizu njih. Pogledajmo kako bi tipična PCB struktura mogla izgledati imajući na umu ovaj zahtjev.
Četvoroslojni PCB često ima sljedeću strukturu:
1) Mikrotrakaste dalekovode i drugi kritični signali.
2) Referentni plan GND.
3) Plan obroka.
4) Nekritični signali.
Napomena: dobra je praksa osigurati elektromagnetnu kompatibilnost povećanjem međusobne kapacitivnosti uzemljenja i planova napajanja minimiziranjem debljine dielektrika između njih (u ovom slučaju između slojeva 2 i 3) na 0,15-0,1 mm, što značajno poboljšava performanse razdvajanja kruga prema ishrani. Međutim, ovaj zahtjev je u suprotnosti sa trenutnom tradicionalnom šemom presovanja "folija-prepreg-jezgro-prepreg-folija", gdje debljina preprega ne može biti veća od 0,3 mm. U ovom slučaju, s debljinom ploče od 1,6 mm, debljina jezgre (razmak između slojeva 2 i 3) može biti najmanje 1,2, 1,0 ili 0,8 mm. Ako je smanjenje udaljenosti između planova napajanja kritično, moguće je koristiti strukturu „jezgro-prepreg-jezgro“, ali za modernu proizvodnju PP ovo rješenje postaje manje tehnološki napredno i skuplje.
Ako je potrebno više slojeva signala za implementaciju kola, mogu biti potrebni dodatni GND planovi. Visokofrekventni signali koji se prenose u susjednim slojevima moraju biti razdvojeni pod uglom od 90° u jednom sloju u odnosu na drugi. Imajte na umu da takt signali, magistrale podataka velike brzine i drugi kritični signali ne bi trebali mijenjati sloj kada se rutiraju.
Evo jedne od opcija za strukturu osmoslojne ploče:
1) Plan GND.
2) Najkritičniji signali, "pomaknuti trakasti vodovi".
3) Najkritičniji signali, “offset striplines”, rutirani pod uglom od 90° do sloja 2 da bi se smanjilo preslušavanje.
4) Plan GND.
5) Plan obroka.
6) Nekritični signali.
7) Nekritični signali i nekritični "offset striplines", usmjereni pod uglom od 90° do sloja 6 radi smanjenja preslušavanja.
8) Plan GND.
Puferovanje je takođe dobar način da se smanji opterećenje na dalekovodu. Na primjer, ako postoji deset kćerinih ploča, od kojih svaka ima deset čipova koji primaju isti signal, ukupni kapacitet opterećenja može biti čak 400 pF. Signalne i povratne struje imaju veoma dug i razgranat put širenja, što povećava vjerovatnoću EMC problema. Baferovanje signala na svakoj ploči će smanjiti ovaj ukupni kapacitet na 40pF, sa signalom i povratnim strujama iz deset IC-a na svakoj ploči koji sada teku samo kroz tu ploču, čime se poboljšava integritet signala i smanjuju EMC problemi.
Za signale velike brzine koji se prenose preko stražnje ploče do matičnih ploča, važno je održavati jedinstvenu fizičku strukturu dalekovoda. Dakle, trakaste linije na ćerkama karticama moraju biti nastavljene kao trake na zadnjoj ploči. Ako se signal širi u odnosu na referentni plan napajanja na matičnoj ploči, on mora nastaviti da se širi u odnosu na isti plan kada se kreće na zadnju ploču i dalje na druge ploče. Imajte na umu da je, u principu, moguće promijeniti vrstu dalekovoda, uz zadržavanje vrijednosti valne impedanse, međutim, to će dovesti do određene degradacije u integritetu signala.
Povezivanje tlocrta i planova napajanja preko konektora treba izvesti s mnogo kontakata, idealno - cijelom dužinom konektora. Ponekad je korisno postaviti pinove uzemljenja (povratne struje), signala i plana napajanja na konektor, npr. GND, signal 1, +5 V, signal 2, GND, signal 3, ... itd.
Izolacija regija velike brzine na stražnjim pločama
Ranije smo rekli da bi čipovi velike brzine trebali biti smješteni u sredini označenih područja na PCB-u, daleko od ivice ploče, od rubova referentnih planova napajanja i od konektora. Sistem prikazan na sl. 3 predlaže postavljanje najbržih mikro krugova u blizini konektora i ne uzima u obzir gore navedene zahtjeve.
Upotreba takvog sistema zahtijeva da referentne ravni na zadnjoj ploči budu povezane s odgovarajućim ravnima na matičnim pločama na visokoj frekvenciji, tako da ne postoji diskontinuitet u impedansi za komponente signala najviše frekvencije. Oklopljeni konektori mogu pomoći u ovoj situaciji - njihovi štitovi moraju biti spojeni 360° sa svojim kolegama, a također moraju biti povezani cijelom dužinom konektora sa GND referentnim planom i na matičnoj ploči i na stražnjoj ploči. Bez obzira da li se koristi zaštićeni ili neoklopljeni konektor, svaka signalna žica i svaki pin za napajanje moraju imati pin povratnog kola GND na konektoru, a ovi pinovi moraju biti ravnomjerno raspoređeni duž dužine konektora. Impedansni konektori obično već sadrže strujni povratni pin za svaki signalni pin.
Važno je osigurati da se signali velike brzine nalaze blizu sredine konektora i da im nije dozvoljeno da prođu blizu ivice kartice ili stražnje ploče.
Zaključak
Razmotrili smo tipične šeme za usklađivanje brzih signala i sabirnica podataka sa stanovišta projektovanja štampanih ploča. Razmotrene su opcije za praćenje sabirnica podataka, mogućnost baferovanja signala. Biće nam drago ako će pružene informacije pomoći inženjerima strujnih kola u saradnji sa projektantima PCB-a.
Književnost
1. Tehnike dizajna za EMC i integritet signala, Eur Ing Keith Armstrong.
