सिग्नल लेते समय एक साधारण कंडक्टर EM तरंगों का उत्सर्जन क्यों करना शुरू कर देता है?

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मैं समझता हूं कि सर्किट बोर्ड पर एक घड़ी का निशान है, अगर उच्च हार्मोनिक्स में पर्याप्त शक्ति है, तो इसका परिणाम विद्युत चुम्बकीय तरंगों से निकलता है जो ईएमआई बनाता है। मुझे समझ में नहीं आ रहा है कि ऐसा क्यों होता है?

ईएम विकिरण को उत्सर्जित करने के लिए एक उच्च आवृत्ति धारा को चालक के माध्यम से क्यों गुजरना पड़ता है और कम आवृत्ति धाराओं के साथ ऐसा क्यों नहीं होता है? जो मैं समझता हूं कि बोर्ड ट्रेस अनिवार्य रूप से इस मामले में एक एंटीना के रूप में व्यवहार करना शुरू कर रहा है, लेकिन मुझे इसका कारण नहीं पता है।

electromagnetism emc interference

— quantum231
स्रोत

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अनुवर्ती प्रश्न ...

लेकिन मुझे समझ में नहीं आ रहा है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह जो भौतिक संस्थाएं हैं, इन ईएम तरंगों के उत्सर्जन में परिणाम हैं

"विकिरण" क्यों होता है?

आइए इसे विशेष रूप से देखें, क्योंकि यह एक आम (और उत्कृष्ट) चिंता है।

यहाँ एक साधारण तार है, जो तुरंत वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है:

ढांच के रूप में

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

इस समय में, तार के बाएं-छोर (स्रोत से सटे) और जमीन के बीच का संभावित अंतर 1 वोल्ट है।

तार का चरम दूसरा छोर अभी भी जमीन (0 अंतर) पर है क्योंकि स्रोत के इलेक्ट्रोमोटिव बल (वोल्टेज) ने अभी तक तार के दूसरे छोर तक प्रचारित नहीं किया है।

जैसे ही समय बढ़ता है, तार नीचे वोल्टेज बढ़ जाता है:

ढांच के रूप में

^{इस सर्किट का अनुकरण करें}

कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रॉनों में गतिज ऊर्जा में परिवर्तित होने की संभावित ऊर्जा) द्वारा त्वरित किया जा रहा है।

जब इलेक्ट्रॉनों का अंत * तक पहुंच जाता है, तो वे शारीरिक रूप से जारी नहीं रह सकते हैं - साथ प्रचार करने के लिए कोई और कंडक्टर नहीं है!

... लेकिन इन आवेशों में तार की दिशा में गति होती है (जैसे कि गतिज ऊर्जा होती है)।

जब शुल्क तार के अंत में अचानक रुक जाते हैं, तो ऊर्जा कानून के संरक्षण के लिए आवश्यक है कि इस ऊर्जा को "कहीं जाना चाहिए" - यह गायब नहीं हो सकता है!

जवाब है विकिरण । विद्युत-चुंबकीय तरंग के रूप में ऊर्जा तार के अंत को छोड़ देती है।

* यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वही इलेक्ट्रॉन जो तार के एक छोर पर घूमना शुरू करते हैं, जरूरी नहीं कि वे वही इलेक्ट्रॉन हों जो तार के दूसरे छोर तक पहुंचते हैं, लेकिन यह हमारी चर्चा के लिए महत्वपूर्ण नहीं है।

नतीजा

बहुत सारी साफ-सुथरी चीजें इससे बाहर हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, आप हमारे उदाहरण में तार को असीम रूप से कई छोटे तारों से बना सकते हैं। इनमें से प्रत्येक के लिए, समान व्यवहार सही होगा (यही कारण है कि विकिरण पूरी लंबाई के नीचे होता है)।

आप यह भी देख सकते हैं कि क्यों एक से विकिरण परिणाम परिवर्तन (वर्तमान में एक परिवर्तन से जैसे) विद्युत चुंबकीय क्षेत्र में।

आप समझ सकते हैं कि रैखिक एंटेना कैसे काम करते हैं। हमारे उदाहरण में, अब कल्पना करें कि बस उस समय जब वोल्टेज दूर के छोर पर होता है, हम स्रोत को 0.0V पर वापस स्विच करते हैं। अब आपके पास समान चित्र होगा, लेकिन (1.0V दाईं ओर, बाईं ओर 0.0V) पर फ़्लिप होगा और प्रक्रिया फिर से शुरू होगी।

इस प्रक्रिया को दोहराते रहें और इलेक्ट्रॉन एक सिरे से दूसरे सिरे तक (पूरी तरह से तार की लंबाई पर) एक दूसरे से दूसरे छोर तक दौड़ते रहेंगे। यह एक सही रैखिक एंटीना ("रेडिएटर") है।

यदि तार बहुत छोटा था, तो कम गति होगी और यदि बहुत लंबा है, तो बहुत अधिक होगा। जब आप पास के खंड में वोल्टेज को कम करते हैं, तो वोल्टेज और अधिक बढ़ जाता है (हस्तक्षेप के परिणाम, जो सिर्फ इन सरल आंकड़ों के साथ कल्पना करना मुश्किल है)।

अब आप ट्रेस व्यवहार को समाप्त कर सकते हैं ...

जो मैं समझता हूं कि बोर्ड ट्रेस अनिवार्य रूप से इस मामले में एक एंटीना के रूप में व्यवहार करना शुरू कर रहा है, लेकिन मुझे इसका कारण नहीं पता है।

कम आवृत्तियों पर (वास्तव में, "डिजिटल" सर्किटों में कम बढ़त दर), इलेक्ट्रॉनों के पास स्रोत के चारों ओर स्विच होने से पहले तार के अंत तक पहुंचने का समय होता है और इलेक्ट्रॉनों को वापस आने के लिए कहा जाता है। इसे "गांठ वाला तत्व" कहा जाता है।

तार के प्रत्येक छोर पर वोल्टेज मूल रूप से हमेशा समान होता है। यह वह व्यवहार है जो हम परिचयात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स छात्रों को सिखाते हैं (हर जगह एक वायर एक प्रोविजनल सतह = समान वोल्टेज है)।

जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, उनके पास यात्रा करने के लिए कम और कम समय होता है और तार के प्रत्येक छोर पर वोल्टेज की गारंटी नहीं दी जा सकती है जैसा कि पिछले आंकड़ों में दिखाया गया है।

सर्किट बोर्ड डिजाइन में, आपको गांठ वाले तत्वों से विकिरण के बारे में अधिक चिंता करने की आवश्यकता नहीं है। एक साधारण सन्निकटन है:

अपने सिग्नलिंग = Tr में सबसे तेज वृद्धि-समय (1 / एज-दर) का पता लगाएं
इस धार में निहित अधिकतम आवृत्ति ज्ञात करें = f
इसी तरंग दैर्ध्य की तुलना में एक आर्डर-ऑफ-परिमाण को कम रखें

अर्थात्:

च = \frac{1}{2 {टी}_{आर}}

$f = \frac{1}{2T_r}$

λ = \frac{{सी}_{म}}{च}

$\lambda = \frac{c_m}{f}$

{एल}_{टी आर ए सी क} < \frac{λ}{10} = \frac{{टी}_{आर} {सी}_{म}}{5}

$l_{track} < \frac{\lambda}{10} = \frac{T_r c_m}{5}$

जहाँ c_m माध्यम में प्रकाश की गति है (आम तौर पर FR-4 PCB c_m पर तांबे के लिए लगभग 1.5e8)।

— DrFriedParts
स्रोत

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बहुत ही रोचक!

— क्वांटम 231

इस ऊर्जा को "कहीं जाना चाहिए" - यह बस गायब नहीं हो सकती है! जवाब विकिरण है यह बहुत गलत है। एक असीम रूप से लंबे तार विकीर्ण कर सकते हैं। तो बिना छोर वाले तार हो सकते हैं (मुड़े हुए डिपो और लूप एंटेना देखें)। जब वोल्टेज की लहर एक तार के अंत तक जाती है, जैसे कि द्विध्रुवीय एंटीना में, वोल्टेज की लहर वापस परिलक्षित होती है। विकिरण चुंबकीय और बिजली के क्षेत्रों की बातचीत से होता है, और एंटीना की पूरी लंबाई इसके लिए जिम्मेदार है, न कि केवल छोर।

— फिल फ्रॉस्ट

@ पील - उस बयान में कुछ भी गलत नहीं है। पर्याप्त आवश्यकता नहीं है। तथ्य यह है कि रैखिक तत्व विकिरण करते हैं इसका मतलब यह नहीं है कि अन्य विन्यास (छोरों, मुड़ा हुआ यूनिपोल, विमानों, पैच, एट अल। इन्फिन।) विकिरण नहीं करते हैं। जैसा कि "समाप्त होता है", यदि आप उत्तर को पढ़ते हैं तो आप देखते हैं कि मैं सीधे समझाता हूं कि विकिरण "पूरी लंबाई के नीचे होता है"। यहां लक्ष्य एक सहज तरीके से ईबी क्षेत्र की बातचीत को चित्रित करना है और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह भौतिकी के संदर्भ में कैसे फिट बैठता है कि प्रवेश स्तर के छात्र पहले से ही परिचित हैं।

— DrFriedParts

λ / 1000

$\lambda/1000$

λ / 4

$\lambda/4$

@Phil - लंबाई-से-विकिरण समतुल्यता पर विशेष रूप से चर्चा की जाती है और मैं बहुत स्पष्ट रूप से समझाता हूं कि लैम्ब्डा / 1000 <लैम्ब्डा / 4 (देखें: फॉलआउट सेक्शन)। आपके अन्य बिंदु के अनुसार, लक्ष्य यह कल्पना करने में मदद करना है कि त्वरण (सादृश्य में मंदी) विकिरण का स्रोत क्यों है। जाहिर है, आयोजित ऊर्जा तरंग-मोर्चे को तार के अंत में, V_end को V_start से अलग होना पड़ता है। मेरा लक्ष्य इस स्पष्ट उदाहरण का उपयोग करना था कि यह दिखाने के लिए कि छोटे खंड भी एक ही कथन का अनुपालन करते हैं, इसलिए भी विकीर्ण होते हैं। मैं इस पर काम करूंगा। प्रतिक्रिया के लिए धन्यवाद।

— DrFriedParts

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एक कठोर गणितीय उपचार के बजाय, यहाँ कुछ हद तक हाथ लहराता है:

किसी भी तार के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र होता है (तार की लंबाई के लंबवत) जब इसके माध्यम से प्रवाह होता है। हालांकि, कुशलता से एक विद्युत चुम्बकीय तरंग को लॉन्च करने के लिए भी एम फील्ड (तार की लंबाई के साथ) पर समकोण पर एक वोल्टेज ड्रॉप (ई फ़ील्ड) की आवश्यकता होती है।

कम आवृत्तियों पर, एकमात्र वोल्टेज ड्रॉप तार में आई ² आर के नुकसान के कारण होता है, और यह आमतौर पर बहुत महत्वपूर्ण नहीं है। हालाँकि, जैसे ही आवृत्ति बढ़ती है, आपके पास दो प्रभाव होते हैं जो खेल में आते हैं। सबसे पहले, I ² R नुकसान तार में "त्वचा प्रभाव" के परिणामस्वरूप शुरू होता है। दूसरे, तार के साथ एक संकेत के परिमित प्रचार समय का मतलब है कि संकेत के परिवर्तन के साथ तार के छोर अलग-अलग वोल्टेज पर हैं। यह दूसरा प्रभाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है जब सिग्नल की आवृत्ति उस बिंदु तक बढ़ जाती है जहां 1/4 तरंग दैर्ध्य तार की लंबाई से मेल खाती है।

— दवे ने ट्वीड
स्रोत

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सभी एसी सिग्नल अपने कंडक्टरों से EM विकिरण उत्सर्जित करते हैं, लेकिन इस प्रक्रिया की दक्षता एंटीना की लंबाई तक सिग्नल की तरंग दैर्ध्य के अनुपात पर बहुत निर्भर करती है। उच्च आवृत्तियों में कम तरंग दैर्ध्य होते हैं, और एक सामान्य पीसीबी पर मिलने वाले निशान की लंबाई से अधिक कुशलता से विकिरण करते हैं।

यदि आपके पास आपके डिवाइस से जुड़ी एक केबल है, जैसे कि एक पावर या ऑडियो केबल, जो एक लंबे एंटीना की तरह दिखता है, जो कम रेंज की आवृत्तियों का उत्सर्जन कर सकता है।

— pjc50
स्रोत

लेकिन मुझे समझ में नहीं आता है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह जो भौतिक संस्थाएं हैं, इन ईएम तरंगों के उत्सर्जन में परिणाम हैं।

— क्वांटम 231

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@ कि मैक्सवेल समीकरणों द्वारा संक्षेप किया जा सकता है प्रमेयों की एक संख्या की वजह से quantum231

— clabacchio

वर्तमान एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो फिर से एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है ... और यह आपकी रेडियो तरंग है।

— जैकबज

@ quantum231 - मैंने आपकी टिप्पणी को एक अलग उत्तर के साथ संबोधित किया क्योंकि यहाँ टिप्पणी में फिट होना बहुत अधिक है।

— DrFriedParts

@ quamtum231 क्योंकि इलेक्ट्रॉन वे कण हैं जिनसे एक विद्युत क्षेत्र निकलता है। बिजली के खेतों के बिना, कोई वोल्टेज नहीं होगा। इलेक्ट्रॉनों के पास बैटरी के टर्मिनल से बैटरी के + टर्मिनल तक जाने का कोई कारण नहीं होगा। इसके अलावा, एक गतिमान विद्युत क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। खेल में एक सापेक्षता है: यदि आप अंतरिक्ष के किसी ऐसे क्षेत्र में खड़े हैं जहाँ आप केवल एक विद्युत क्षेत्र देखते हैं, तो कोई व्यक्ति जो आपके सापेक्ष बढ़ रहा है, वह भी एक चुंबकीय क्षेत्र देखेगा।

— काज

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यहां एक तस्वीर है जो मदद कर सकती है: - यहां छवि विवरण दर्ज करें

तस्वीर एक डिश एंटीना दिखाती है, लेकिन काफी हद तक यह एक ऐन्टेना है, जैसे कि तार का एक टुकड़ा या PCB BUT पर ट्रेस याद है, डिश को एक विशेष आवृत्ति पर कुशलतापूर्वक उत्सर्जित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि ट्रैक्स और वायर कई तरंग दैर्ध्य में "प्रतिध्वनित" हो सकते हैं। ।

तार / डिश / ट्रेस / एंटीना के करीब, विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होते हैं जो स्टोर एनर्जी उसी तरह करते हैं जैसे कि इंडक्टर्स और कैपेसिटर करते हैं - ये फ़ील्ड (एंटीना के करीब) बहुत दूर तक विकीर्ण नहीं करते हैं। तस्वीर में सूचना, बिंदीदार रेखाएं एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं और एक दूसरे को काटती हैं - चित्र ई और एम फ़ील्ड के बीच "असंगति" का प्रतिनिधित्व करने की कोशिश कर रहा है। मैं यहाँ उपयोग करने के लिए सही शब्द खोज रहा हूँ ... मुझे लगा कि "असंगति" है, लेकिन शायद नहीं, शायद अक्षमता के बजाय एक बेहतर शब्द है।

जैसे-जैसे दूरी लगभग 1 x तरंग दैर्ध्य के बराबर बढ़ती जाती है, यदि ऐन्टेना कुशल होता है, E और M भाग समय में "संरेखित" होने लगते हैं अर्थात उनका आयाम एक साथ उठता और गिरता है। इससे पहले (निकट क्षेत्र में) मिसलिग्न्मेंट का एक कैकोफनी है जो मुख्य रूप से एंटीना के एल और सी के कारण होता है - ई और एम फ़ील्ड समय में संरेखित नहीं होते हैं और वास्तव में, ई और एम फ़ील्ड एंटीना के आसपास हो सकते हैं गलत प्रतीत होता है कि लगभग घृणित है।

जैसे-जैसे दूरी बढ़ती है और यदि एंटीना अपना काम करने में अच्छा है, जिसे दूर-क्षेत्र के रूप में जाना जाता है, उचित EM तरंगें उत्पन्न होती हैं। यह अभी भी मेरे लिए एक बहुत ही रहस्यमयी घटना है!

— एंडी उर्फ
स्रोत

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जैसा कि आप जानते हैं, एक तार के माध्यम से एक स्थिर धारा एक चुंबकीय क्षेत्र से घिरा हुआ है, जिसकी ताकत वर्तमान के लिए आनुपातिक है। आप शायद प्रेरण के तंत्र से भी परिचित हैं; एक परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत क्षेत्र बनाता है। विस्तार से, एक चालू धारा तार के बाहर एक विद्युत क्षेत्र को जन्म देती है, एक संपत्ति जो अक्सर दो संवाहक कॉइल के बीच ऊर्जा को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग की जाती है। इस विद्युत क्षेत्र का परिमाण वर्तमान के परिवर्तन की दर और इस प्रकार आवृत्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है।

न केवल एक परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र एक विद्युत क्षेत्र को फैलाता है, बल्कि यह दूसरे तरीके से भी काम करता है। एक विद्युत चुंबक में, एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र का उपयोग चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। तार के चारों ओर, लगभग 'मुक्त स्थान' (कोई धाराओं या शुल्क नहीं) में, दो क्षेत्र हर समय एक-दूसरे के आसपास नई पीढ़ियों का निर्माण कर रहे हैं, हालांकि ये वास्तव में असतत नहीं हैं क्योंकि यह विवरण बताता है। नई पीढ़ियां आकस्मिक रूप से वेवफ्रंट को आगे बढ़ाती हैं। यह विद्युत चुम्बकीय तरंग है।

इसमें शामिल समीकरणों की स्पष्ट सादगी के बावजूद, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रसार की गणना सरलतम आदर्शित ज्यामितीयों के लिए भी काफी उन्नत है, लेकिन तंत्र के ज्ञान से प्रेरित करना आसान है (और गणितीय रूप से मैक्सवेल के समीकरणों में समय-समय पर) एक तार के चारों ओर की ईएम तरंगें अपने करंट की आवृत्ति से संबंधित होती हैं, जिससे करंट में परिवर्तन होता है। कम आवृत्ति वाली धाराओं को ले जाने वाले कंडक्टर भी विकीर्ण होते हैं, लेकिन केवल थोड़े से।

— थॉमस को मार डाला
स्रोत

मेरे विश्वविद्यालय के पाठ्यक्रम में उन्होंने हमें मैक्सवेल समीकरण दिखाए लेकिन कभी भी उनके साथ हार्डवर्क नहीं किया। यह ऐसा था जैसे यह समीकरण है और यहां इसका उपयोग करने के लिए एक उदाहरण है। वे कभी नहीं गए कि यह कैसे व्युत्पन्न है और क्यों ईएम तरंगें उच्च आवृत्तियों पर उत्सर्जित होने लगती हैं और उन्होंने हमेशा जोर दिया कि उन्हें एक nontrivial केस के लिए उपयोग करना कितना कठिन है।

— क्वांटम 231 20