In pratica, le lunghe linee vengono spesso utilizzate per trasferire energia dal generatore al carico. Per questo, è preferibile la modalità onda mobile. Per garantire la modalità specificata, è necessario che la resistenza di carico Zн = Rн + jХн soddisfi due condizioni: la parte attiva del carico Rн deve essere uguale all'impedenza caratteristica della linea
e la parte reattiva del carico Хн dovrebbe essere uguale a zero:
Se la resistenza del carico soddisfa le condizioni (2.1), (2.2), allora si dice che la linea è adattata al carico.
Obiettivi di armonizzazione
Il principio generale dell'adattamento di impedenza complesso è che nella linea è incluso anche un elemento di adattamento, la cui riflessione compensa la riflessione del carico. In questo caso, si sforzano di posizionare l'elemento corrispondente il più vicino possibile al carico. Questo viene fatto per ridurre la lunghezza della sezione non abbinata della linea dal carico all'elemento corrispondente. L'inclusione di un elemento corrispondente nella riga ha i seguenti obiettivi:
un aumento della potenza trasmessa al carico;
aumentare la resistenza elettrica della linea;
aumento dell'efficienza della linea;
eliminazione dell'effetto dannoso dell'onda riflessa sul generatore.
In modalità onda mista, la linea alterna tra alti e bassi di tensione. In luoghi di picchi di tensione, sono facilitate le condizioni di guasto elettrico. L'eliminazione dell'onda riflessa porta ad una diminuzione della tensione al massimo. Pertanto, tale linea può trasmettere più potenza o aumentare la sua rigidità dielettrica.
L'influenza del matching sull'efficienza della linea è stata discussa sopra (vedi pagina 30) e illustrata in Fig. 1.21. È stato riscontrato che maggiore è l'efficienza, migliore è l'adattamento della linea al carico, ad es. minore è il modulo del coefficiente di riflessione | Г |.
L'onda riflessa dal carico viene inviata al generatore e può influenzare in modo significativo la modalità del suo funzionamento. Ad esempio, un adattamento insufficiente del generatore alla linea di trasmissione può portare a una variazione della frequenza delle oscillazioni generate, a una diminuzione della potenza di uscita del generatore oa una completa interruzione del processo di generazione. I requisiti per Ksv all'uscita del generatore sono in gran parte determinati dal tipo di questo generatore.
La linea di alimentazione mostrata in fig. 2.31, che collega il generatore al carico, serve a trasferire quanta più potenza del generatore P g possibile al ricevitore, cioè al carico di questa linea. La potenza ricevuta dal carico è indicata con P 2.
Il valore della potenza P 2 dipende da una serie di fattori, ai quali procediamo ora.
1. Nel caso in cui Z 1 = Z 0 = Z 2 e non ci siano perdite sulla linea, la potenza assegnata al carico è P 2 = P 1 = P 0.
2. In una linea con perdite, la potenza P 2 rilasciata nel carico è inferiore alla potenza P 1 fornita all'ingresso della linea della quantità di perdite di potenza P p in questa linea, cioè P 2 = P 1 - P P.
3. Nel caso in cui l'impedenza di uscita del generatore Z g non sia abbinata all'impedenza di ingresso della linea Z 1 = U 1 / I 1, il generatore cede alla linea solo una parte della sua potenza P g. Il disallineamento delle resistenze può essere dovuto alla disuguaglianza delle resistenze attive R g non è uguale a R 1 o reattivo X g ≠ - X 1, nonché entrambi questi motivi, ovvero R g + iX g ≠ R 1 - iX 1 . La conseguenza di questi motivi è il rilascio della potenza del generatore sugli elementi di uscita del suo circuito, cioè sull'anodo della lampada di uscita, ecc. Di norma, l'uguaglianza R r = R 1 viene eseguita trasformando l'uscita resistenza del generatore, effettuata nel suo circuito di uscita. Per soddisfare la condizione X g = -X 1, è sufficiente desintonizzare il circuito di uscita del generatore rispetto alla frequenza di risonanza, che tuttavia modifica leggermente il valore della resistenza di uscita R g. Di solito il trasmettitore ha una gamma limitata di variazione Z z. Per i circuiti del trasmettitore convenzionale, è possibile specificare i seguenti limiti per la modifica dell'impedenza di uscita: $ 30 \ leqslant (R_g) \ leqslant (100) \; Ohm $, $ -300 \ leqslant (X_g) \ leqslant (300) \; Ohm . Se l'impedenza di ingresso del generatore Z g differisce in modo significativo dall'impedenza di ingresso della linea, vengono utilizzati anche dispositivi di adattamento speciali. Questi dispositivi saranno discussi in dettaglio in seguito (vedi. § 3.4). Qui notiamo che tali dispositivi forniscono un adattamento a banda larga, tuttavia introducono perdite aggiuntive di circa 0,5 ... 2 dB. Pertanto, se si vogliono evitare ulteriori perdite, l'impedenza di ingresso della linea Z 1 dovrebbe essere scelta in modo che il suo valore rientri nel campo di variazione dell'impedenza di uscita del generatore.
4. Quando la resistenza di ingresso del carico Z 2 non coincide con l'impedenza caratteristica della linea Z 0, in quest'ultima, oltre al pad dell'onda incidente U, compare un'onda riflessa U ref. Entrambe queste onde formano un'onda stazionaria nella linea elettrica (vedi. Riso. 2.41). In questa situazione, la potenza P 2 trasmessa al carico sarà determinata dall'uguaglianza P 2 = P pad - P ref, dove P pad e P ref sono rispettivamente le potenze delle onde incidente e riflessa.
L'onda riflessa, ritornando al trasmettitore, riduce il livello di potenza P g al valore P 1 = P g - P neg. Si noti che in una linea senza perdite P 2 = P 1. Questa uguaglianza non dipende dal grado di corrispondenza (o disadattamento) della linea elettrica. Allora se Z г ≠ Z 1, allora la riflessione sorge di nuovo. Se Z z = Z 1, quindi tutta la potenza del generatoreP gentra nel carico, indipendentemente dal valore del rapporto delle onde stazionarie. Ricordiamo che l'impedenza di ingresso della linea dipende dalla lunghezza della linea io, la sua resistenza alle onde Z 0 e resistenza al carico Z2. Il suo valore è determinato dalla formula ( 2.84 ). E, infine, sottolineiamo ancora una volta che la potenza dell'onda riflessaP su vero non è la perdita di potenza di cui a volte viene scritto nei libri per radioamatori.
5. In linea con le perdite come onda di potenza incidente R g e onda di potenza riflessa P negativo propagandosi lungo la linea subiscono attenuazione (v. Riso. 2.41b). Se si desidera, quando si utilizza una linea del genere, che ha anche una mancata corrispondenza, ovvero Z 2 ≠ Z 0, per ottenere lo stesso livello di potenza nel carico (ad esempio nell'antenna), è necessario aumentare il livello P g per l'importo ΔR g = R zat + R corse, dove Р zat - perdite di potenza per attenuazione, P races - perdite di potenza dovute a disadattamento.
Ulteriori perdite di linea dipendono sia dalle perdite di attenuazione della linea sia dal valore del rapporto di onde stazionarie K stU nella linea. A piccoli valori di $ K_ (stU) \ leqslant (2) $ le perdite aggiuntive sono molto piccole e solo a $ K_ (stU) \ geqslant (4) $ possono raggiungere il livello di perdite intrinseche di attenuazione della linea. Ne consegue che in pratica nella gamma HF, dove le perdite intrinseche di linea sono insignificanti ( UN< 1 дБ ), può essere tollerato un elevato livello di disadattamento tra l'impedenza di uscita del trasmettitore e l'impedenza di ingresso della linea di alimentazione. Se il disadattamento tra l'uscita del trasmettitore e la linea è molto grande, allora una delle possibili misure per migliorare l'adattamento è modificare la lunghezza della linea di alimentazione. Più tardi (vedi. § 3.1) più in dettaglio considereremo le linee elettriche con un grande valore di K stU, che sono chiamate risonanti.
6. Ulteriori perdite nella linea elettrica sono introdotte da elementi separati che servono a migliorare l'accoppiamento. L'opportunità del loro utilizzo è decisa sulla base di un confronto tra le perdite di attenuazione da essi introdotte e le perdite aggiuntive dovute al mismatch (in assenza di elementi di regolazione della linea).
Pagina 1
L'adattamento di linea all'ingresso (RH p) assicura che non vi sia riflessione dell'onda all'indietro dall'inizio della linea e quindi la formazione di un singolo impulso.
La terminazione della linea non è necessaria se la linea è inferiore a un quarto di lunghezza d'onda. In questo caso, il serbatoio delle piastre deflettrici entra nel serbatoio del circuito sintonizzato. Le bobine e gli anelli di accoppiamento devono essere progettati in conformità con la teoria dell'accoppiamento del trasformatore.
Il line matching sia in uscita che in ingresso migliora la stabilità del catodo follower. Se, per qualsiasi motivo, l'accoppiamento viene violato alla fine della linea, in essa appare un'onda riflessa dal carico. Questo effetto è completato dalla comparsa di riflessioni secondarie se la linea non è abbinata alla sorgente del segnale. Pertanto, se ci si può aspettare (durante il funzionamento dell'amplificatore) violazioni di corrispondenza all'uscita della linea, allora in questo caso è desiderabile abbinare anche la linea al suo ingresso.
La corrispondenza di linea a una frequenza fissa è abbastanza semplice. Per abbinare il carico alla linea vengono utilizzati dispositivi che trasformano la resistenza di carico in una resistenza attiva pari all'impedenza d'onda della linea. Come tali dispositivi, vengono utilizzati elementi reattivi che non causano ulteriori perdite.
Se viene violata la corrispondenza della linea, nella parte centrale dell'immagine dell'impulso è visibile un'espulsione (Fig. 3 - 13i), che è apparsa come risultato della riflessione. Il valore dell'impulso misurato direttamente non deve superare 1 5 mm. Inoltre, non dovrebbe esserci alcun declino o aumento nella parte superiore piatta dell'impulso dietro l'impennata media.
L'abbinamento fisico di una linea significa che tale linea dissipa tutta la potenza delle microonde incidenti senza creare onde riflesse. In altre parole, nella linea di trasmissione abbinata, il VSWR è uguale a uno. Nello spettrometro EPR, il carico abbinato è incluso in uno dei bracci del doppio ponte G (Fig. Ciò facilita l'adattamento dell'intero percorso della guida d'onda.
Quando si adatta la linea di trasmissione, viene presa in considerazione la cosiddetta impedenza caratteristica del cavo coassiale. Vengono utilizzati principalmente cavi da 75 e 50 ohm. Ciò significa che alle estremità di questi cavi devono essere collegate resistenze di terminazione da 50 o 75 ohm. La capacità di tale linea non viene presa in considerazione e viene considerato solo il ritardo lineare della propagazione del segnale attraverso il cavo.
Quando si verifica l'adattamento della linea di ritardo, composta da 24 sezioni e ritardando il segnale di circa 0 2 μs, il segnale di controllo viene applicato all'ingresso dell'oscilloscopio. Rs - Se la corrispondenza della linea viene violata, la parte centrale dell'immagine dell'impulso mostra un valore anomalo (Fig. 10 - 5), che è apparso come risultato della riflessione.
La condizione ideale per l'adattamento della linea di ritardo è che l'impedenza di uscita della sorgente del segnale sia uguale all'impedenza di linea a tutte le frequenze. Il compito principale degli stadi situati all'ingresso e all'uscita della linea di ritardo è creare condizioni di corrispondenza il più vicino possibile all'ideale. Inoltre, a volte diventa necessario correggere in questi stadi le distorsioni causate dall'attenuazione e dalla non linearità della risposta di fase della linea di ritardo. Nella scelta di soluzioni circuitali specifiche, bisogna tenere presente che la soluzione migliore è quella che, a parità di altre condizioni, fornisce il massimo guadagno di tensione.
Perché è necessario abbinare la linea o la guida d'onda al carico.
Poiché la condizione per l'accoppiamento della linea con il carico è che quest'ultimo debba avere un carattere puramente attivo ed essere uguale all'impedenza d'onda della linea, è possibile collegare due linee senza creare riflessioni di energia alla giunzione se le loro impedenze d'onda sono lo stesso.
Abbiamo considerato metodi di adattamento a banda stretta ea banda larga di una linea con un carico, che si riducono all'introduzione di elementi reattivi nella linea che compensano le riflessioni dal carico. Questi metodi vengono utilizzati quando il carico è un sistema risonante a banda stretta.
ABBINARE LA LINEA AL CARICO
| Nome parametro | Significato |
| Argomento dell'articolo: | ABBINARE LA LINEA AL CARICO |
| Categoria (categoria tematica) | Formazione scolastica |
Come accennato in precedenza, per la trasmissione del segnale attraverso la linea, è estremamente importante implementare la modalità dell'onda viaggiante in modo che ᴛ.ᴇ. a Z H = R 0.
In pratica, non è sempre così ᴛ.ᴇ. la linea non è adattata al carico.
In questo caso, la modalità di corrispondenza viene implementata utilizzando dispositivi chiamati trasformatori di resistenza,- dispositivi corrispondenti.
Quali parametri dovrebbe avere un trasformatore?
1). La linea avrà una modalità onda viaggiante.
I segmenti di linea corti vengono utilizzati come trasformatore di resistenza. l< (l/4).
La modalità ad onda stazionaria viene utilizzata per ottenere un elemento reattivo. Si può dimostrare che il segmento in corto circuito avrà
 |
|||
|
|
Introduzione 3
Sezione 1. Concetti di base e definizioni della teoria
circuiti elettrici. Elementi idealizzati. Le leggi di Ohm e di Kirchhoff. 5
Sezione 2. Circuiti lineari con armoniche
impatto. 15
Sezione 3. Circuiti selettivi in frequenza. 31
Sezione 4. Processi transitori nei circuiti elettrici
Sezione 5. Fondamenti della teoria delle reti a quattro porte 67
Sezione 6. Circuiti distribuiti
(Linee lunghe). 80
FONDAMENTI DI TEORIA DEI CIRCUITI .. 1
SEZIONE 1. CONCETTI FONDAMENTALI E DEFINIZIONI DELLA TEORIA DEI CIRCUITI ELETTRICI. ELEMENTI IDEALIZZATI. LE LEGGI DI OHM E KIRCHHOF .. 5
Definizioni del circuito elettrico.. 5
Catena- ϶ᴛᴏ un insieme di dispositivi, elementi, dispositivi che formano un percorso per corrente elettrica, processi elettromagnetici in cui sono descritti utilizzando EMF, corrente, tensione, campi magnetici ed elettrici Il circuito elettrico deve essere rappresentato da un circuito elettrico. 5
Schema elettrico- una rappresentazione grafica condizionale di un circuito elettrico, in cui ogni elemento è rappresentato da un simbolo convenzionale. Esistono diversi tipi di circuiti che differiscono nel loro scopo. 5
a) Schemi strutturali (funzionali) - Questa è una rappresentazione schematica di un circuito, in cui sono mostrate le sue parti funzionali più importanti. 5
b) Schema elettrico di base - Questa è una rappresentazione schematica di un circuito, che mostra tutti gli elementi e come sono collegati. Nel diagramma sono indicati la designazione della lettera, il numero di serie e i parametri degli elementi. 5
c) Circuito equivalente- Schema schematico del modello elettrico di un circuito reale. Ad esempio, il circuito equivalente di un transistor bipolare. 6
d) Circuiti equivalenti- ϶ᴛᴏ circuiti che hanno le stesse caratteristiche elettriche esterne, anche se possono differire nell'aspetto. 6
e) Schemi elettrici- riflettere il design del dispositivo, la disposizione degli elementi, i conduttori, la designazione simbolica degli elementi, i punti di controllo, ecc.
Inserito su ref.rf
6
Un elemento idealizzato èè un modello di un fenomeno fisico. In pratica, non ci sono elementi ideali. In determinate condizioni e data la precisione, un elemento idealizzato caratterizza un elemento reale. Distinguere passivo e attivo elementi idealizzati. 6
Questi includono resistenza, capacità, induttanza... Le proprietà di questi tre elementi sono possedute da elementi reali: un resistore, un condensatore, un induttore (compreso un trasformatore). 6
Gli elementi per i quali l'energia in ogni momento è positiva sono chiamati elementi passivi. 8
Resistenza simula la perdita di energia elettrica (l'energia elettrica viene convertita in calore) in qualsiasi momento. Oggetto reale resistore consuma energia elettrica. Deve essere rappresentato dall'elemento ideale: la resistenza. otto
Capacità e induttanza sono elementi passivi da allora. otto
W> 0. Nel caso in cui il potere P la capacità e l'induttanza sono positive, quindi in un dato intervallo di tempo la capacità accumula l'energia del campo elettrico e l'induttanza accumula il campo magnetico. In questo caso, si dice che la cella è in carica. Nell'intervallo di tempo in cui P < 0 элемент разряжается, отдаёт накопленную энергию во внешнюю цепь. Ёмкость и индуктивность называются elementi che consumano energia. 8
Resistore. Un campo magnetico viene generato nel resistore quando la corrente scorre attraverso il terminale. Per tenere conto dell'accumulo di energia magnetica, è necessario introdurre l'induttanza. nove
induttore... Il filo della bobina ha una resistenza ohmica che non può essere trascurata alle basse frequenze AC. Si può prendere in considerazione anche il processo di accumulo dell'energia del campo elettrico 9
Elementi attivi idealizzati.. 9
Gli elementi attivi includono fonti di energia elettrica controllate e non controllate. 9
La fonte ideale di campi elettromagnetici èè una fonte di energia elettrica, la cui tensione ai terminali non dipende dall'entità della corrente che scorre. Questo dovrebbe essere il caso solo se la resistenza interna è zero 9
Fonte di corrente ideale -è una sorgente di energia elettrica, la cui quantità di corrente attraverso la quale non dipende dalla tensione ai suoi capi. La resistenza interna della sorgente è uguale all'infinito. dieci
Fonti elettriche reali incontrollate.. 10
Amplificatore operazionaleè consuetudine chiamare una sorgente di tensione controllata in tensione (INUN), in cui il fattore di conversione K U = ∞. 12
I poli (1) e (2) sono chiamati poli di ingresso, una sorgente di ingresso è collegata a loro - impatto. 12
Il primo polo (1) è solitamente chiamato invertibile, è indicato da un segno meno (-). Il segnale che passa attraverso questo ingresso attraverso l'amplificatore cambia di fase di 180 gradi. Secondo polo (2) - non invertibile. Terzo polo (3) - giorno libero, su di esso si forma un segnale di uscita - risposta. Il carico è collegato ad esso. Il polo comune (di base) ha un potenziale φ = 0.12
1. Per il numero di poli esterni: 13
Vengono chiamati due poli 1 - 1`, a cui viene applicato l'impatto poli di ingresso. 13
Vengono chiamati due poli 2 - 2`, a cui è collegato il carico poli di uscita. 13
Si chiamano catene con molti poli multipoli. 13
2. Dalla forma dell'equazione differenziale(Doo) Catene. 13
3. In base alla natura (tipo) dei coefficienti a i DU: 14
catene di linea- coefficienti un io non dipendono da xey; quattordici
catene non lineari- coefficienti un io(x, y) sono una funzione di influenza o risposta, cioè dipendono da xey; quattordici
parametrico - probabilità un io(t) dipende dal tempo t. quattordici
4. Dal tipo di derivati nel DE. 14
Catene a grumi... Tali catene sono descritte da DE in derivati completi. quattordici
Catene distribuite vengono descritte le equazioni differenziali alle derivate parziali. quattordici
5. Dal tipo di elementi. 14
un) Circuito resistivoè costituito solo da resistori R; quattordici
B) Circuito reattivo consiste solo di L e C; quattordici
c) RC - circuito; quattordici
d) RL - catena; quattordici
e) RLC - circuito. quattordici
SEZIONE 2 CIRCUITI DI LINEA.. 15
IN IMPATTO ARMONICO.. 15
X m – ampiezza(valore massimo) fluttuazioni; 15
X = X m/ 2‾ - valore effettivo; 15
ω – frequenza angolare[rad/s]; 15
f = 1/ T - frequenza ciclica[Hz]; 15
T - periodo di oscillazione[insieme a]; 15
θ (t) = (ω t +φ 0) - di solito viene chiamato l'argomento del coseno fase completa(semplicemente fase) oscillazione armonica; 15
Rappresentazione vettoriale di un segnale armonico. 16
Il fattore è di solito chiamato operatore di rotazione... Caratterizza il cambiamento di funzione nel tempo. 17
ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, la forma indicativa assumerà la sua forma definitiva. 17
Il valore complesso istantaneo deve essere registrato in forma algebrica 17
dove un - valido, B È la parte immaginaria. 17
Il significato fisico della resistenza complessa. 19
Rappresentazione vettoriale di resistenza complessa. 20
Conducibilità complessa di una sezione circuitale. 20
Circuiti equivalenti per resistenza e conducibilità complesse.. 21
RESISTENZA COMPLESSA E CONDUTTIVITÀ DEGLI ELEMENTI IDEALI 22
(R, L, C) 22
Resistenza R.. 22
Conclusione: nella resistenza R, la corrente e la tensione sono in fase. 22
Induttanza L.. 23
Produzione: l'impedenza complessa di un induttore è puramente reattanza; 23
la resistenza è direttamente proporzionale alla frequenza, .ᴇ. dipende dalla frequenza. 23
Nell'induttanza, la tensione anticipa la corrente di 90 0. 23
Capacità C.. 23
Produzione: la resistenza complessa del condensatore è puramente reattiva; 24
è inversamente proporzionale alla frequenza; 24
la tensione ai capi del condensatore è in ritardo rispetto alla corrente di 90 0. 24
Impedenza complessa di un circuito RLC misto.. 24
Modulo di impedenza complessa. 25
Conclusione: la resistenza del circuito RLC dipende dalla frequenza. Può avere proprietà RC, R e RL. 25
Odografo o caratteristica ampiezza-fase (AFC)È il luogo degli estremi del vettore del parametro complesso nel piano complesso quando la frequenza cambia da 0 a . 26
Conclusione: la potenza attiva P A caratterizza la perdita di energia nel circuito dovuta alla componente resistiva R resistenza. La potenza reattiva P Q caratterizza l'accumulo di energia nella parte reattiva X. 29
La cifra di merito, quindi, caratterizza il rapporto tra perdite e accumulo di energia. 29
Conclusione: il generatore è abbinato al carico, se la resistenza interna del generatore e la resistenza del carico sono complesse coniugate. trenta
SEZIONE 3. CIRCUITI DI SELEZIONE DELLA FREQUENZA. 31
SELEZIONE CATENA. CARATTERISTICHE DI FREQUENZA. LARGHEZZA DI BANDA 31
ω n - frequenza portante. 31
S= 2 - ω 1 - larghezza del canale di frequenza. 31
Per separare i canali tra loro nell'ingegneria radiofonica, vengono utilizzati dispositivi "Filtri Elettrici" - circuito in grado di trasmettere segnali in un determinato intervallo di frequenzaS ... (seleziona i segnali.) 31
Ogni filtro deve avere una certa selettività. 31
selettività- la capacità di un circuito di isolare o far passare segnali in una data banda di frequenza. 31
Banda di frequenza S, all'interno del quale il filtro passa segnali, è consuetudine chiamare larghezza di banda(PP). 31
Vengono chiamati due poli 1-1` ingresso, il segnale di ingresso viene loro fornito. I terminali 2-2` sono chiamati fine settimana, ad essi viene collegato un carico, su di essi viene generato un segnale di uscita dopo il filtraggio. 31
Il parametro principale del filtro è rapporto di trasferimento di tensione K tu ( Jω) 31
Dipendenza del modulo dalla frequenza K (ω)è consuetudine chiamare caratteristica ampiezza-frequenza (AFC). 32
Dipendenza dell'argomento guadagno o fase dalla frequenzaè consuetudine chiamare risposta in frequenza di fase (PFC). 32
C'è un'altra risposta in frequenza. caratteristica ampiezza-fase (AFC)- odografo. Hodograph - ϶ᴛᴏ luogo degli estremi del vettore parametro nel piano complesso quando la frequenza cambia da 0 a . 32
Conclusione: risposta in frequenza, risposta in fase, odografo formano una famiglia di caratteristiche di frequenza complesse. 32
CLASSIFICA DEL FILTRO.. 33
I filtri possono essere classificati secondo vari criteri. 33
1) Dalla posizione della banda passante del filtro. 33
a) Filtro passa basso (LPF). 33
La banda passante è compresa tra 0 ≤ ω ≤ ω gr. ω gr - frequenza di taglio della banda passante. 33
b) Filtro passa alto (HPF) 33
Larghezza di banda entro gr< ω < ¥. 33
c) Filtro passa banda (PF) 34
La larghezza di banda si trova tra le frequenze di taglio gr1< ω < ω гр2 . 34
d) Filtro barriera (tacca). 34
2) Per larghezza di banda relativa. 34
3) Per selettività del filtro. 34
CARATTERISTICHE COMPLETE DI FREQUENZA.. 35
CATENE SEMPLICI.. 35
Catena del primo ordine. 35
CARATTERISTICHE COMPLETE DI FREQUENZA.. 36
QUATTRO POLI.. 36
CATENE DI FREQUENZA SECONDO .. 38
ORDINA .. 38
CIRCUITO Oscillatorio SEQUENZIALE. 38
Schema, circuito semplificato e circuito equivalente di un circuito oscillatorio seriale 38
Il fenomeno della risonanza in un circuito oscillatorio seriale. 39
Caratteristiche di frequenza di un circuito in serie collegato da una rete a quattro porte 45
Conclusione: un circuito oscillatorio seriale dovrebbe essere usato come filtro passa banda o notch. 47
CIRCUITO OSCILLATORIO PARALLELO. 48
Schema schematico, circuito equivalente. 48
Correnti nei rami di un circuito parallelo. 49
Caratteristiche di frequenza del parallelo. 49
circuito oscillatorio. 49
Da ciò possiamo concludere che che tutto ha detto per la resistenza Z il circuito oscillatorio seriale è valido per la conduttività sì circuito oscillatorio parallelo. 49
CIRCUITI OSCILLATORI CORRELATI .. 50
Trasformazione della formula. 54
Formulazione del problema.. 56
Prima legge.Tensione attraverso il serbatoio al momento della commutazione. 57
SEZIONE 5. FONDAMENTI DELLA TEORIA.. 67
QUATTRO POLI.. 67
- rapporto di trasferimento di corrente nella modalità di cortocircuito in uscita. 69
Relazione tra i parametri primari.. 71
quadripolo. 71
Le equazioni definiscono le tensioni di ingresso e di uscita. 72
Calcolo dei parametri primari delle reti a due porte. 74
secondo il suo principio. 74
I parametri primari di qualsiasi circuito possono essere determinati utilizzando il metodo della tensione nodale o il metodo della corrente di anello. 74
Sia data una rete a quattro porte contenente n nodi indipendenti. 74
Collegare una sorgente di corrente all'ingresso J 1 e fuori J 2, che determinano la corrente di ingresso io 1 e corrente di uscita io 2. Non ci sono fonti indipendenti all'interno. 74
Quindi puoi comporre un sistema di equazioni con il metodo delle sollecitazioni nodali e scriverlo in forma matriciale: 74
J 1 = io 1 , J 2 = io 2 , tu 11 = tu 1 , tu 22 = tu 2 74
Risolvere il sistema rispetto alle tensioni tu 11 e tu 22, si ottengono equazioni nel sistema di parametri Z–. 74
- determinante comune di [Y] - matrice. 74
Stato elettrico in cascata - 75
Con la connessione parallela di reti a quattro porte, viene aggiunta la matrice [Y]. 76
Parametri caratteristici.. 77
quadripoli. 77
Tale circuito è una linea di trasmissione a due fili: 80
Dif. pari. per tali catene è scritto in derivate parziali. Tutti i processi possono essere descritti dalle equazioni della teoria dei campi, tuttavia, nei calcoli ingegneristici, è possibile utilizzare le leggi di Kirchhoff. 80
Sulla base del ragionamento fisico, è possibile elaborare il seguente diagramma a segmenti. 80
Esistono due tipi di file lunghe: 81
Esempio: due fili e un dielettrico sono realizzati con materiali che non cambiano le loro proprietà in lunghezza. 81
EQUAZIONI DIFFERENZIALI DI UNA LINEA OMOGENEA SOTTO IMPATTO ARMONICO (Equazioni del telegrafo) 82
Soluzione di equazioni telegrafiche. 83
Le equazioni ottenute sono omogenee del 2° ordine, lineari (poiché Z 1 e Y 1 non dipendono da x). 83
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, la forma finale delle soluzioni delle equazioni: 84
Consideriamo tutti i modi delle onde. 88
In pratica, non è sempre così ᴛ.ᴇ. la linea non è adattata al carico. 91
Introduzione 3.93
Sezione 1. Concetti di base e definizioni della teoria. 93
circuiti elettrici. Elementi idealizzati. Le leggi di Ohm e di Kirchhoff. 5 93
Sezione 2. Circuiti lineari con armoniche .. 93
impatto. 15.93
Sezione 3. Circuiti selettivi in frequenza. 31.93
Sezione 4. Processi transitori nei circuiti elettrici. 93
Sezione 5. Fondamenti della teoria delle reti a quattro porte 67.93
Sezione 6. Circuiti con parametri distribuiti. 93
(Linee lunghe). 80.93
ALLINEAMENTO DELLA LINEA CON IL CARICO - concetto e tipologie. Classificazione e caratteristiche della categoria "LINEA SECONDO CARICO" 2017, 2018.
In questa sezione, discuteremo quali sono le opzioni per abbinare i segnali RF su un PCB. Come mostrato nella sezione il condizionamento del segnale è essenziale in quasi tutti i circuiti digitali odierni. E la soluzione a questo problema spetta non solo al progettista del circuito, ma anche al progettista del circuito stampato. Dipende da lui con quanta competenza verranno risolte tutte le questioni relative al coordinamento delle linee di trasmissione.
Quale dovrebbe essere la struttura del PCB? In quali strati devono essere instradati i segnali critici e in quali strati devono essere collocati i piani di terra e di alimentazione? Dove deve essere posizionata la resistenza di terminazione? Come deve essere collegato al pin IC e al piano di riferimento? Il compito del progettista è ottenere una descrizione completa dei requisiti per i circuiti di condizionamento del segnale prima di iniziare la progettazione della scheda e implementare qualitativamente tali requisiti nella progettazione del circuito stampato.
I problemi sollevati in questo articolo sono ben noti ai progettisti di circuiti, ma spesso diventano un ostacolo quando si interagisce con un progettista di PCB e portano a difficoltà, se necessario, a dichiarare chiaramente tali requisiti nei termini di riferimento per lo sviluppo di un stampato scheda di circuito. Speriamo che la nostra pubblicazione aiuti a rimuovere queste barriere.
Tipi di linee di trasmissione corrispondenti
Le linee di trasmissione dati HF "classiche" (Fig. 1) sono abbinate sia sul lato sorgente che sul lato ricevitore del segnale (carico) mediante resistori "terminali" di valore Z 0 (uguale in grandezza all'impedenza caratteristica della linea) . Tipicamente, la sorgente e/o il sink ha la propria corrispondente impedenza di uscita/ingresso. Sebbene questa tecnologia sia l'ideale e in molti casi l'unica tecnologia accettabile, dimezza il segnale ricevuto. Pertanto, la maggior parte delle soluzioni di circuiti analogici e digitali utilizza un'altra opzione: una sorgente a bassa impedenza e un ricevitore di segnale ad alta impedenza, con terminazione di linea solo a un'estremità, che consente di mantenere il livello del segnale originale all'estremità ricevente.
I tecnici del microonde utilizzano spesso componenti reattivi o anche la lunghezza del cavo come elemento di adattamento, tuttavia l'abbinamento di segnali analogici e digitali a banda larga richiede resistori appropriati, preferibilmente SMD, a causa delle loro buone proprietà RF.
Per sfruttare al meglio le resistenze di terminazione, queste devono essere collegate ai piani di riferimento utilizzando la tecnologia "bassa induttanza" come mostrato in fig. 2.
Nella fig. 1 mostra schemi tipici per abbinare le linee di trasmissione. Il classico schema di terminazione è ancora spesso utilizzato per trasmettere segnali ad alta velocità, ad esempio su backplane (pannelli di collegamento).
Negoziazione sequenziale
Se il segnale viaggia solo attraverso il circuito stampato, è possibile utilizzare un circuito di terminazione seriale all'estremità di trasmissione della linea, scegliendo una resistenza di terminazione tale che in collegamento in serie con la resistenza di uscita, un valore pari a Z 0 della linea sia ottenuto. Questo metodo ha il vantaggio di un basso consumo energetico ed è più adatto per linee con un carico all'estremità. Se sono presenti carichi aggiuntivi lungo la lunghezza della linea, potrebbero verificarsi "false commutazioni della forma d'onda riflessa" e potrebbero richiedere un rallentamento artificiale degli ingressi per evitare falsi trigger.
Negoziazione parallela
La terminazione parallela (o "shunt") all'estremità della linea viene utilizzata quando ci sono un certo numero di dispositivi collegati lungo la linea di trasmissione e devono essere molto veloci, il che può portare a "commutazioni casuali".
La resistenza di terminazione in Fig. 1 è mostrato collegato al piano di massa, ma per alcune famiglie di chip logici questo potrebbe essere un piano di riferimento di alimentazione diverso (ad esempio, alimentazione positiva per la famiglia ECL). La terminazione parallela porta a un consumo energetico molto più elevato e può anche sovraccaricare le uscite dei microcircuiti.
Tipi alternativi di abbinamento parallelo sono il circuito Thevenin e il circuito RC. Il circuito di Thevenin utilizza resistori la cui resistenza in parallelo dà Z 0 e i loro valori sono tali che la tensione CC nel punto medio è approssimativamente uguale alla tensione media sulla linea per ridurre il consumo. Il circuito di Thevenin richiede il corretto disaccoppiamento dei piani di alimentazione sull'intero dominio di frequenza utilizzabile, quindi i condensatori di disaccoppiamento appropriati dovrebbero essere posizionati vicino alla linea.
I circuiti RC utilizzano tipicamente un condensatore di terminazione da 10 a 620 pF e corrispondono solo alle alte frequenze. A causa della difficoltà di utilizzare i condensatori su un'ampia gamma di frequenze, i circuiti RC sono meno efficienti del parallelo e dell'adattamento Thevenin.
Il circuito di "matching attivo" utilizza l'alimentatore per mantenere il livello di tensione sul riferimento "supplementare" al livello desiderato, facendo corrispondere la media dei segnali digitali. A questo schema è collegata una resistenza di terminazione in parallelo, che deve essere correttamente disaccoppiata per il dato intervallo di frequenza. Un circuito Thevenin elettricamente equivalente può ridurre i consumi utilizzando un riferimento di tensione di classe AB (in grado sia di erogare che di prelevare corrente).
Linea bidirezionale
Se la linea di trasmissione è bidirezionale, la posizione migliore per il resistore di terminazione (serie o parallelo) è al centro della linea. Pertanto, tali linee dovrebbero essere il più corte possibile, non possono funzionare alla massima velocità alla quale i microcircuiti stessi sono in grado di funzionare. Invece della terminazione seriale a metà della linea, vengono utilizzati resistori di terminazione seriale all'uscita di ciascuno dei possibili trasmettitori, ma ciò potrebbe non dare buoni risultati in termini di integrità del segnale a meno che le linee non siano molto corte. La terminazione parallela su entrambe le estremità può avere un effetto molto buono e fornire velocità di trasmissione più elevate, tuttavia, i trasmettitori devono essere in grado di gestire il carico con un'impedenza inferiore e il consumo complessivo del circuito aumenta. La terminazione parallela (o circuito Thevenin o circuito di terminazione attivo) a entrambe le estremità viene utilizzata nei bus dati seriali o paralleli come SCSI ed Ethernet.
Configurazione a stella
Se più linee di trasmissione abbinate in serie sono collegate a un punto da una "stella", allora:
- viene utilizzata una resistenza di terminazione, scelta in modo che la resistenza totale della sorgente sia uguale alla combinazione parallela di tutte le linee collegate da una stella;
- utilizzare una resistenza di terminazione in ogni linea.
La seconda soluzione è migliore.
La configurazione a stella può essere utilizzata anche per collegare più linee abbinate in parallelo. In ogni caso la sorgente deve poter operare su una combinazione in parallelo delle resistenze di tutte le linee collegate.
In generale, è meglio scegliere un valore Z 0 più grande per ridurre le correnti di segnale e ridurre la radiazione del conduttore. Molti chip CMOS o TTL comuni non sono stati originariamente progettati per funzionare su una linea di trasmissione e non hanno una potenza di uscita sufficiente o un'impedenza di uscita identica per l'uscita alta e bassa. In linea di principio, tali microcircuiti possono talvolta essere utilizzati collegandosi secondo uno schema di adattamento in serie, nonché secondo Thevenin, adattamento RC o adattamento attivo in linee ad alta impedenza, tuttavia è quasi impossibile prevedere il valore di impedenza ottimale e il valore ottimale circuito di commutazione per ogni tipo di microcircuiti.
Tuttavia, molti microcircuiti moderni sono progettati specificamente per funzionare sulla linea di trasmissione e un'ampia gamma di dispositivi disponibili come LVDS, ecc. semplifica il compito di formare segnali di clock (strobo, "clock") e lavorare con bus di dati, e anche riduce la complessità con EMC. I chip del driver del bus dati (trasmettitore) possono avere un'impedenza di uscita di 25 Ohm: ciò consente di collegare quattro linee separate con un'impedenza di 100 Ohm o sei linee con un'impedenza di 150 Ohm in una stella. Alcuni tipi di driver hanno un convertitore DC / DC integrato, che consente loro di generare il doppio del livello del segnale di uscita rispetto al livello logico standard e quindi, quando collegati in uno schema di abbinamento classico, forniscono un livello di segnale standard al ricevitore ingresso.
Struttura a strati PCB
Nell'articolo precedente, abbiamo mostrato che per i segnali critici ad alta velocità, è importante avere un piano di riferimento vicino ad essi. Vediamo come potrebbe apparire una tipica struttura PCB con questo requisito in mente.
Un PCB a quattro strati ha spesso la seguente struttura:
1) Linee di trasmissione a microstriscia e altri segnali critici.
2) Piano di riferimento GND.
3) Piano alimentare.
4) Segnali non critici.
Nota: è buona norma per EMC aumentare la capacità reciproca dei piani di terra e di potenza riducendo al minimo lo spessore dielettrico tra loro (in questo caso, tra gli strati 2 e 3) a 0,15-0,1 mm, il che migliora significativamente le prestazioni di disaccoppiamento di il circuito nutrizione. Tuttavia, questo requisito contraddice l'attuale schema di pressatura tradizionale "foil-prepreg-core-prepreg-foil", dove lo spessore del preimpregnato non può superare 0,3 mm. In questo caso, con uno spessore del pannello di 1,6 mm, lo spessore del nucleo (la distanza tra gli strati 2 e 3) può essere 1,2, 1,0 o 0,8 mm, non inferiore. Se ridurre la distanza tra i piani di alimentazione è fondamentale, è possibile utilizzare una struttura core-preg-core, ma per la moderna produzione di PCB questa soluzione diventa meno tecnologica e più costosa.
Se sono necessari più livelli di segnale per implementare il circuito, potrebbero essere necessari ulteriori piani GND. I segnali ad alta frequenza condotti in strati adiacenti devono essere separati con un angolo di 90 ° in uno strato rispetto all'altro. Si noti che i segnali di clock ("clock"), i bus dati ad alta velocità e altri segnali critici non dovrebbero cambiare livello durante il routing.
Ecco una delle opzioni per la struttura di una scheda a otto strati:
1) Piano GND.
2) Segnali più critici, "strisce a strisce spostate".
3) I segnali più critici, "Offset Stripes", vengono instradati a 90° al livello 2 per ridurre la diafonia.
4) Piano GND.
5) Piano alimentare.
6) Segnali non critici.
7) Segnali non critici e “strisce offset” non critici, instradati a 90° al livello 6 per ridurre la diafonia.
8) Piano GND.
Il buffering è anche un buon modo per ridurre il carico sulla linea di trasmissione. Ad esempio, se ci sono dieci schede figlie e ognuna di esse ha dieci chip che ricevono lo stesso segnale, la capacità di carico totale può raggiungere i 400 pF. Le correnti di segnale e di ritorno hanno un percorso di propagazione molto lungo e ramificato, che aumenta la probabilità di problemi EMC. Il buffering del segnale su ciascuna scheda ridurrà questa capacità totale a 40 pF, con il segnale e le correnti di ritorno dai dieci circuiti integrati situati su ciascuna scheda che ora fluiscono solo attraverso quella scheda, migliorando così l'integrità del segnale e riducendo i problemi EMC.
Per i segnali ad alta velocità trasmessi sul backplane alle schede figlie, è importante mantenere un'unica struttura fisica della linea di trasmissione. Quindi le stripline sulle schede figlie devono essere continuate come le stripline su un backplane. Se sulla scheda figlia il segnale si propaga rispetto al piano di alimentazione di riferimento, quando ci si sposta sul backplane e successivamente su altre schede, deve continuare a propagarsi rispetto allo stesso piano. Si noti che, in linea di principio, è consentito modificare il tipo di linea di trasmissione, mantenendo il valore dell'impedenza d'onda, tuttavia ciò porterà a un certo degrado dell'integrità del segnale.
Il collegamento di piani terra e piani di alimentazione tramite connettori dovrebbe essere più pin, idealmente lungo l'intera lunghezza del connettore. A volte è consigliabile collegare al connettore la massa (corrente di ritorno), i segnali e i piani di alimentazione secondo uno schema a scacchiera, ad esempio GND, segnale 1, +5 V, segnale 2, GND, segnale 3, ... ecc.
Isolamento di aree ad alta velocità su backplane
In precedenza abbiamo detto che i circuiti integrati ad alta velocità dovrebbero essere posizionati al centro di aree dedicate sul PCB, lontano dal bordo della scheda, dai bordi dei piani di alimentazione e dai connettori. Il sistema mostrato in Fig. 3, suggerisce di posizionare i microcircuiti più veloci vicino ai connettori e non tiene conto dei requisiti di cui sopra.
L'utilizzo di un tale sistema richiede l'implementazione del collegamento ad alta frequenza dei piani di riferimento sul backplane ai piani corrispondenti sulle schede figlie in modo che non vi sia discontinuità nell'impedenza caratteristica per le componenti di segnale più ad alta frequenza. In una situazione del genere, i connettori schermati possono aiutare: i loro schermi dovrebbero accoppiarsi con le loro controparti in un cerchio di 360 ° e dovrebbero anche essere collegati lungo l'intera lunghezza del connettore al piano di riferimento GND sia sulla scheda figlia che sul backplane. Indipendentemente dal fatto che si utilizzi un connettore schermato o non schermato, sul connettore deve essere presente un pin di ritorno GND per ciascun cavo di segnale e ciascun pin di alimentazione e questi pin devono essere distanziati uniformemente per tutta la lunghezza del connettore. I connettori adattati all'impedenza di solito contengono già un conduttore di corrente di ritorno a ciascun conduttore di segnale.
È importante mantenere i segnali ad alta velocità vicino al centro del connettore e non passarli vicino al bordo della scheda o del midplane.
Conclusione
Abbiamo esaminato le tipiche terminazioni del segnale ad alta velocità e del bus dati dal punto di vista della progettazione del PCB. Sono state discusse le varianti del tracciamento dei bus dati, le possibilità di buffering del segnale. Saremo lieti se le informazioni fornite aiuteranno gli ingegneri di circuito in collaborazione con i progettisti di PCB.
Letteratura
1. Tecniche di progettazione per EMC e integrità del segnale, Eur Ing Keith Armstrong.
