Widerstand ist eine echte physische Komponente. Durch das Ohmsche Gesetz können wir die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand kennen, U = I * R.
Wir analysieren die spezifische Beziehung zwischen diesen drei durch eine spezifische Schaltung, siehe das einfachste Schaltbild unten. Dieser Schaltplan besteht nur aus einer Stromversorgung, einem Widerstand und einigen Drähten.
Natürlich kann der Widerstand dieses Widerstands auch direkt mit einem Multimeter gemessen werden.
Die charakteristische Impedanz ist unterschiedlich. Bei der Messung einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm mit einem Multimeter wird ein Kurzschluss festgestellt. Dies erfordert eine konzeptionelle Unterscheidung zwischen Widerstand (auch wenn er genau 50 Ohm Widerstand beträgt) und charakteristischer Impedanz sind zwei verschiedene Dinge. Wie der Grad der Temperatur (Celsius) und der Grad des Winkels ist es nicht eine Sache.
Jeder kennt die physikalische Größe des Widerstands, deshalb werde ich es hier nicht erklären. Lassen Sie uns analysieren, was die heilige charakteristische Impedanz ist und unter welchen Bedingungen dieses Ding verwendet wird.
Tatsächlich ist die charakteristische Impedanz eine physikalische Größe, die eng von der Hochfrequenz getrennt ist. Bevor Sie die charakteristische Impedanz verstehen, müssen Sie zunächst die Funkfrequenz verstehen. Wir wissen, dass Radiosender, Kommunikationssignale für Mobiltelefone, WLAN usw. Geräte sind, die Signalenergie nach außen übertragen. Das heißt, die Energie wird aus der Antenne herausgeschossen und die Energie kehrt nicht zur Antenne zurück. Ich werde nicht zurückkommen, wenn ich ausgehe.
Nun, nachdem wir die Hochfrequenz verstanden haben, kommen wir zu dem spezifischen Draht, der Hochfrequenzenergie überträgt. Das auf dem Draht übertragene HF-Signal ist ebenfalls dasselbe. Ich hoffe, dass es in der Vergangenheit nicht zurückgesendet wird. Befindet sich wieder Energie im Rücken, ist der Übertragungseffekt schlecht.
Um die charakteristische Impedanz genauer zu erläutern, möchte ich hier eine Analogie ziehen:
Auf derselben Leiterplatte befinden sich zwei Drähte (vorausgesetzt, es handelt sich um zwei sehr lange Drähte, Sie können sich vorstellen, wie lang sie sind), da dieselbe Platine und die Kupferdicke der beiden Drähte gleich sind. Die Länge (unendliche Länge) und Dicke der beiden Drähte sind gleich. Der einzige Unterschied ist die Breite. Angenommen, die Breite des 1. Drahtes beträgt 1 (Einheit) und des 2. Drahtes 2 (Einheit). Mit anderen Worten ist die Breite von Zeile 2 doppelt so groß wie die von Zeile 1.
Die folgende Abbildung zeigt das schematische Diagramm der beiden Drähte im Detail.
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, ist der Unterschied zwischen den beiden Drähten zu sehen, wenn dieselbe Hochfrequenzemissionsquelle zur selben Zeit und dieselbe kurze Zeitdauer T angeschlossen ist. Für dieselbe Emissionsquelle ist die HF-Ausgangsspannung der beiden Drähte gleich und die HF-Übertragungsentfernung gleich (vorausgesetzt, beide sind die Lichtgeschwindigkeit, aber die tatsächliche Geschwindigkeit ist geringer als die Lichtgeschwindigkeit).
Der einzige Unterschied besteht in der Linienbreite, und die Linie von Linie 2 ist doppelt so breit wie Linie 1, dann benötigt Linie 2 die doppelte Leistung von Linie 1, um den zusätzlichen Linienbreitenbereich (tatsächlich die Kupferhaut und die Unterseite des Drahtes) auszufüllen Der resultierende kapazitive Effekt). Mit anderen Worten: Q2 = zweimal Q1
Da i = Q / T (HF-Strom = Leistung / Zeit) ist, kann bekannt sein, dass der HF-Strom von Leitung 2 doppelt so groß ist wie der von Leitung 1 (da die Zeit gleich ist, ist die Leistung von Leitung 2 doppelt so groß wie die von Leitung 1) Linie XNUMX) .
Okay, wir wissen, dass i2 = zweimal i1 ist
An diesem Punkt sind wir nicht weit davon entfernt, eine mysteriöse charakteristische Impedanz zu finden. Warum, weil wir wissen, dass Widerstand = Spannung / Strom. Tatsächlich hat die charakteristische Impedanz auch diese Beziehung: charakteristische Impedanz = HF-Spannung / HF-Strom.
Aus dem Obigen wissen wir, dass die HF-Spannung gleich ist und die Strombeziehung i2 = doppelt so groß wie i1 ist
Dann ist die charakteristische Impedanz von Leitung 2 nur halb so groß wie die von Leitung 1!
Dies nennen wir, je breiter die Leitung, desto kleiner die charakteristische Impedanz.
Das Obige ist ein Beispiel, um den Unterschied zwischen charakteristischer Impedanz und Widerstand zu veranschaulichen und warum die charakteristische Impedanz mit der Linienbreite auf derselben Platine zusammenhängt, jedoch nicht mit der Länge.
Tatsächlich gibt es viele Faktoren, die die charakteristische Impedanz beeinflussen, einschließlich des Materials, des Abstands zwischen Draht und Masse und vieler anderer Faktoren.
Die charakteristische Impedanz des Drahtes wird in populären Worten (nur eine Metapher) beschrieben, die die Größe des Hindernisses des Drahtes für die auf ihm übertragene Hochfrequenzenergie darstellt.
Erkennen Sie Reflexionen auf Übertragungsleitungen
Oben haben wir angenommen, dass der Draht unendlich lang ist, aber die tatsächliche Drahtlänge ist endlich. Wenn das Hochfrequenzsignal das Ende des Kabels erreicht, kann die Energie nicht freigesetzt werden und wandert entlang des Kabels zurück. Gerade als wir an die Wand schrien, traf das Geräusch die Wand und kam zurück, um ein Echo zu erzeugen. Das heißt, die Situation, in der wir uns vorgestellt haben, dass das Hochfrequenzsignal übertragen, aber nicht zurückreflektiert wird, existiert in der Realität nicht.
Spaß mit Single-Chip-Mikrocomputer • 2018-01-19 14:07 • 26128 mal 0 lesen
Widerstand ist eine echte physische Komponente. Durch das Ohmsche Gesetz können wir die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand kennen, U = I * R.
Wir analysieren die spezifische Beziehung zwischen diesen drei durch eine spezifische Schaltung, siehe das einfachste Schaltbild unten. Dieser Schaltplan besteht nur aus einer Stromversorgung, einem Widerstand und einigen Drähten.
Natürlich kann der Widerstand dieses Widerstands auch direkt mit einem Multimeter gemessen werden.
Die charakteristische Impedanz ist unterschiedlich. Bei der Messung einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm mit einem Multimeter wird ein Kurzschluss festgestellt. Dies erfordert eine konzeptionelle Unterscheidung zwischen Widerstand (auch wenn er genau 50 Ohm Widerstand beträgt) und charakteristischer Impedanz sind zwei verschiedene Dinge. Wie der Grad der Temperatur (Celsius) und der Grad des Winkels ist es nicht eine Sache.
Jeder kennt die physikalische Größe des Widerstands, deshalb werde ich es hier nicht erklären. Lassen Sie uns analysieren, was die heilige charakteristische Impedanz ist und unter welchen Bedingungen dieses Ding verwendet wird.
Tatsächlich ist die charakteristische Impedanz eine physikalische Größe, die eng von der Hochfrequenz getrennt ist. Bevor Sie die charakteristische Impedanz verstehen, müssen Sie zunächst die Funkfrequenz verstehen. Wir wissen, dass Radiosender, Kommunikationssignale für Mobiltelefone, WLAN usw. Geräte sind, die Signalenergie nach außen übertragen. Das heißt, die Energie wird aus der Antenne herausgeschossen und die Energie kehrt nicht zur Antenne zurück. Ich werde nicht zurückkommen, wenn ich ausgehe.
Okay, nachdem wir die Hochfrequenz verstanden haben, kommen wir zu dem spezifischen Draht, der Hochfrequenzenergie überträgt. Das auf dem Kabel übertragene Hochfrequenzsignal ist ebenfalls dasselbe. Ich hoffe, dass es in der Vergangenheit nicht zurückgesendet wird. Befindet sich wieder Energie im Rücken, ist der Übertragungseffekt schlecht.
Um die charakteristische Impedanz genauer zu erläutern, möchte ich hier eine Analogie ziehen:
Auf derselben Leiterplatte befinden sich zwei Drähte (vorausgesetzt, es handelt sich um zwei sehr lange Drähte, Sie können sich vorstellen, wie lang sie sind), da dieselbe Platine und die Kupferdicke der beiden Drähte gleich sind. Die Länge (unendliche Länge) und Dicke der beiden Drähte sind gleich. Der einzige Unterschied ist die Breite. Angenommen, die Breite des 1. Drahtes beträgt 1 (Einheit) und des 2. Drahtes 2 (Einheit). Mit anderen Worten ist die Breite von Zeile 2 doppelt so groß wie die von Zeile 1.
Die folgende Abbildung zeigt das schematische Diagramm der beiden Drähte im Detail.
Detaillierte Analyse der Reflexion, der charakteristischen Impedanz und der Impedanzanpassung von Übertragungsleitungen
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, ist der Unterschied zwischen diesen beiden Drähten zu sehen, wenn dieselbe Hochfrequenzemissionsquelle zur selben Zeit und dieselbe kurze Zeitdauer T angeschlossen ist. Für dieselbe Emissionsquelle ist die HF-Ausgangsspannung der beiden Drähte gleich und die HF-Übertragungsentfernung gleich (vorausgesetzt, sie haben alle Lichtgeschwindigkeit, aber die tatsächliche Geschwindigkeit ist geringer als die Lichtgeschwindigkeit). .
Der einzige Unterschied besteht in der Linienbreite, und die Linie von Linie 2 ist doppelt so breit wie Linie 1, dann benötigt Linie 2 die doppelte Leistung von Linie 1, um den zusätzlichen Linienbreitenbereich (tatsächlich die Kupferhaut und die Unterseite des Drahtes) auszufüllen Der resultierende kapazitive Effekt). Mit anderen Worten: Q2 = zweimal Q1
Da i = Q / T (HF-Strom = Leistung / Zeit) ist, kann bekannt sein, dass der HF-Strom von Leitung 2 doppelt so groß ist wie der von Leitung 1 (da die Zeit gleich ist, ist die Leistung von Leitung 2 doppelt so groß wie die von Leitung 1) Linie XNUMX) .
Okay, wir wissen, dass i2 = zweimal i1 ist
An diesem Punkt sind wir nicht weit davon entfernt, eine mysteriöse charakteristische Impedanz zu finden. Warum, weil wir wissen, dass Widerstand = Spannung / Strom. Tatsächlich hat die charakteristische Impedanz auch diese Beziehung: charakteristische Impedanz = HF-Spannung / HF-Strom.
Aus dem Obigen wissen wir, dass die HF-Spannung gleich ist und die Strombeziehung i2 = doppelt so groß wie i1 ist
Dann ist die charakteristische Impedanz von Leitung 2 nur halb so groß wie die von Leitung 1!
Dies nennen wir, je breiter die Leitung, desto kleiner die charakteristische Impedanz.
Das Obige ist ein Beispiel, um den Unterschied zwischen charakteristischer Impedanz und Widerstand zu veranschaulichen und warum die charakteristische Impedanz mit der Linienbreite auf derselben Platine zusammenhängt, jedoch nicht mit der Länge.
Tatsächlich gibt es viele Faktoren, die die charakteristische Impedanz beeinflussen, einschließlich des Materials, des Abstands zwischen dem Draht und der Bodenplatte und vieler anderer Faktoren.
Die charakteristische Impedanz des Drahtes wird in populären Worten (nur eine Metapher) beschrieben, die die Größe des Hindernisses des Drahtes für die auf ihm übertragene HF-Energie darstellt.
Erkennen Sie Reflexionen auf Übertragungsleitungen
Oben haben wir angenommen, dass der Draht unendlich lang ist, aber die tatsächliche Drahtlänge ist endlich. Wenn das Hochfrequenzsignal das Ende des Kabels erreicht, kann die Energie nicht freigesetzt werden und wandert entlang des Kabels zurück. Gerade als wir an die Wand schrien, traf das Geräusch die Wand und kam zurück, um ein Echo zu erzeugen. Das heißt, die Situation, in der wir uns vorgestellt haben, dass das Hochfrequenzsignal übertragen, aber nicht zurückreflektiert wird, existiert in der Realität nicht.
Detaillierte Analyse der Reflexion, der charakteristischen Impedanz und der Impedanzanpassung von Übertragungsleitungen
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, wird am Ende der Leitung ein Widerstand angeschlossen, um die auf der Leitung übertragene HF-Energie zu verbrauchen (oder zu empfangen).
Einige Leute fragen sich vielleicht, warum der Widerstand der charakteristischen Impedanz des Drahtes keine Energie verbraucht, so dass er an einen Widerstand angeschlossen werden muss, um ihn zu verbrauchen? Tatsächlich überträgt der Draht nur Energie, und der Draht selbst verbraucht keine Energie oder verliert fast keine Energie (ähnlich wie die Eigenschaften von Kapazität oder Induktivität). Widerstand ist eine Komponente, die Energie verbraucht.
Wir haben drei Sonderfälle gefunden:
Wenn R = RO ist, wird die übertragene Energie am Ende nur vom Widerstand R absorbiert und es wird keine Energie zurückreflektiert. Es ist ersichtlich, dass dieses Kabel drahtlos ist.
Wenn R = ∞ (offener Stromkreis), wird die gesamte Energie zurückreflektiert, und der Endpunkt der Leitung erzeugt eine Spannung, die doppelt so hoch ist wie die des Emitters.
Wenn R = 0 ist, reflektiert der Endpunkt das -1-fache der Quellenspannung.
Impedanzanpassung verstehen
Die Impedanzanpassung bezieht sich auf einen Arbeitszustand, in dem die Lastimpedanz und die interne Impedanz der Erregerquelle aneinander angepasst sind, um die maximale Leistungsabgabe zu erhalten.
Die Impedanzanpassung gilt für Hochfrequenzen usw. Sie gilt nicht für Stromkreise, da sonst Dinge verbrannt werden.
Wir hören oft, dass die charakteristische Impedanz 50 Ohm, 75 Ohm usw. beträgt. Wie kamen diese 50 Ohm her? Warum sind es 50 Ohm statt 51 Ohm oder 45 Ohm?
Dies ist eine Vereinbarung, 50 Ohm sollten als besser für die allgemeine Übertragung von Hochfrequenzschaltungen bezeichnet werden. Mit anderen Worten, unsere Drähte und Kabel müssen 50 Ohm betragen, da die Schaltungslast einem Widerstand von 50 Ohm entspricht. Wenn Sie einen Draht mit einem anderen Impedanzwert herstellen, stimmt dieser nicht mit der Last überein. Je weiter die Abweichung ist, desto schlechter ist der Übertragungseffekt!
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