DON STATE UNIVERSITATEA TEHNICĂ
Departamentul "Automatizarea proceselor de producție"
Instrucțiuni metodice la lucrările de laborator №1
"Investigarea propagării semnalelor în linii lungi"
"Transmiterea datelor în sistemele de management al informațiilor"
pentru studenții de specialitate 2101
Compilieri: Ph.D. Kochetov A.N. Ph.D. Nazarenko D.V.
Publicat conform deciziei comisiei metodice a Facultății "Automatizare și Informatică"
Referent: Ph.D. Semko IA
Studiați propagarea semnalelor în linii lungi
Scopul lucrării: să se familiarizeze cu principalele prevederi ale teoriei liniilor lungi și a consecințelor sale cele mai importante, precum și să exploreze și să descrie procesele de propagare a semnalelor în astfel de rânduri.
1. Linii de transmisie. Parametrii liniilor de transmisie. Sisteme echivalente.
Linii destinate transferului energiei oscilațiilor electrice de la o sursă (generator) la un consumator (sarcină) sunt denumite de obicei linii de transmisie sau linii de transmisie. Din punct de vedere structural, liniile de transmisie pot fi realizate într-o varietate de moduri diferite, cu toate acestea, în practică, așa numitele linii cu două fire și coaxiale sunt cele mai des folosite ca astfel de linii (Figura 1).
Fig. 1. secțiuni longitudinale și transversale ale două fire
și linii coaxiale.
Dacă dimensiunea și forma liniei secțiunii transversale, mediul dielectric, în care este plasată, și o linie de material conductor în orice secțiune transversală rămân aceleași, atunci linia se numește uniform sau regulat. Ca și în cazul oricărui alt sistem de conductori metalici, linia de transmisie are unele valori ale inductanță L, rezistența R, capacitatea C și conductanță G, datorită imperfecțiunilor în linia dielectric din jur. Cu toate acestea, acești parametri nu sunt concentrați pe o anumită secțiune a liniei, ci sunt distribuiți pe toată lungimea sa. De aceea, spre deosebire de circuite cu parametrii catalogheaza, ale căror valori L, R, C și G întotdeauna localizate la elemente separate spațial respective sunt linii de transmisie circuite cu parametri distribuiți.
În liniile de transport regulate, valorile L, R, C și G sunt distribuite uniform pe linie. Luând în considerare acest lucru, este posibil să se introducă densitățile liniare ale acestor parametri (așa-numiți "parametrii liniei"), definindu-le prin relații
unde l este lungimea geometrică a liniei. Apoi, pentru orice parte infinitezimală a liniei # 68; x cantitățile corespunzătoare # 68; L, # 68; R, # 68; C și # 68; G poate fi exprimat în termeni de "parametri de linie" de către relații.
În acest caz, circuitul echivalent al unei porțiuni infinitezimale a liniei # 68; x poate fi reprezentat ca un lanț care conține elemente lumped # 68; L, # 68; R, # 68; C și # 68; G (figura 2) și un circuit echivalent al întregii linii - datorită faptului că orice parte a unei linii regulate este identică cu oricare altă porțiune din ea - într-un număr suficient de mare de astfel de unități incluse în cascadă. Este de remarcat faptul că, dacă o astfel de schemă este asamblată din elemente lumped ale căror valori numerice sunt egale, respectiv # 68; L, # 68; R, # 68; C și # 68; G, apoi în regiunea cu frecvență joasă va avea toate proprietățile liniei reale de transmisie. Astfel de scheme sunt numite linii artificiale și sunt folosite în electronica electronică modernă.
Fig. 2. Schema echivalentă a unei porțiuni infinitezimale a unei linii # 68; X.
2. Linii de transport lungi. Ecuații diferențiale ale liniilor lungi.
Linia de transmisie este considerată lungă dacă lungimea sa electrică
( # 101; și # 109; - respectiv, permeabilitățile dielectrice și magnetice ale mediului în care este plasată linia) este comensurabilă și chiar mai mult decât lungimea de undă # 108; transmisă de-a lungul liniei de semnal electric. Cea mai importantă caracteristică a liniei lungi este că, la fiecare moment dat, tensiunile și curenții din diferitele secțiuni ale acesteia sunt diferite. De exemplu, într-o linie cu o lungime electrică de lEl = # 108; / 4, excitat de la generator de oscilații sinusoidale, la acele momente în care tensiunea dispare la un capăt, pe de altă parte atinge un maxim (Fig.3).
Fig. 3. Diagrama modificării tensiunii în linia el = # 108; / 4.
Aceasta înseamnă că procesele electrice din liniile lungi sunt întotdeauna nestaționare și, prin urmare, lanțurile în care aceste linii sunt incluse ca elemente constitutive, ecuațiile Kirchhoff nu sunt aplicabile. În același timp, pentru secțiuni infinit de mici ale liniilor lungi ale căror dimensiuni # 68; x satisface condiția
(Rețineți că această condiție este numită condiția cvasistaționară) aceste ecuații sunt valabile, și care face mijloace relativ simple, fără a recurge la soluția de ecuații diferențiale de Maxwell, pentru a afla natura răspândirii oscilațiilor electrice în linii lungi.
De fapt, vom conecta originea coordonatelor cu planul de includere a rezistenței de sarcină a liniei ZH. trimițând axa x spre stânga acestui plan (Figura 4).
Fig. 4. Schema de conectare a rezistenței la sarcină ZN.
Vom presupune că mărimea complotului # 68; x, situate la o distanță x față de sarcina de linie, sunt astfel încât modificările totale ale tensiunii și curentului din această secțiune se datorează numai parametrilor distribuiți # 68; L, # 68; R, # 68; C și # 68; G (Figura 6).
Fie ca tensiunea și curentul în linie să fie unele funcții ale coordonatei x și ale timpului t.
Ecuațiile (11) au fost obținute mai întâi de Thompson în legătură cu stabilirea și începutul funcționării primului cablu telegrafic transatlantic și se numește "ecuații telegrafice".
În cazul unei neconcordanțe în linia de transmisie, la sfârșitul liniei lungi apare un val reflectat. La capătul deschis al liniei, undele reflectate au aceeași fază ca undele incidente și apare o tensiune antinode la punctul de dezacord. În cazul unui scurtcircuit, în acest moment există un antinod al curentului, iar undele reflectate au o fază opusă. În funcție de lungimea liniei (timpul de întârziere) și durata impulsului de excitație, valul de reflexie, însumând cu undă directă, modifică forma frontului, degradarea și vârful semnalului de impuls la T <Т, либо приводит к появлению дополнительных паразитных импульсов меньшей амплитуды.
Metode de efectuare a lucrărilor de laborator:
1. Coordonarea liniei și evaluarea lungimii acesteia.
a) Colectați schema de transmitere a unui semnal de impuls printr-o linie cu două fire.
b) Setați parametrii generatorului de impuls: T = 500 μs (2 kHz), A = 7 V, ciclu de funcționare 1: 2 - 1: 3.
Sincronizați osciloscopul pentru a obține semnalul pulsului de pe ecranul 1.
c) Se calculează timpul de întârziere de propagare a semnalului în linie la R și R minim până la momentul sosirii primului impuls refăcut, explică diagramele de tensiune obținute și le trage.
d) Selectați R pentru distorsiunea minimă a unui impuls dreptunghiular și măsura R.
e) Explicați schema de conectare a dispozitivului.
2. Măsurarea atenuării semnalelor într-o linie la frecvențe diferite.
a) Conectați în locul generatorului de impulsuri în schema de la punctul 1 al SCS. Setați nivelul semnalului la 0,3 V și măsurați nivelul de semnal Uin în linia de corespondență la o frecvență de 2 kHz de către osciloscop.
b) Puneți osciloscopul la capătul liniei paralel cu R și măsurați Uout.
Atenuarea liniei este determinată de relația:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: