XΩ प्रतिबाधा केबल को कैसे परिभाषित किया जाता है?

Question

यह शायद एक बहुत ही सरल प्रश्न है, लेकिन मुझे कहीं भी एक निश्चित जवाब नहीं मिल रहा है। मैं अनुमान लगा रहा हूं 50 guess केबल का मतलब है 50Ω प्रति यूनिट लंबाई।

यह किस इकाई की लंबाई है? अगर यह परिभाषित नहीं है, तो यह कैसे है?

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अगर मुझे अपने माइक्रोवेव कोर्स के व्याख्यानों से यह सही ढंग से याद है, तो यह अनंत लंबाई की केबल की बाधा थी; यह मानते हुए कि इसका मुख्य आवेश वाहक एक पूर्ण चालक है। प्रति कंडक्टर का मान दो कंडक्टर (कोर और ढाल), और प्रति यूनिट लंबाई के अधिष्ठापन के बीच समाई से आता है। केबल एक ढेला सामग्री नहीं है, इसलिए इस प्रतिबाधा मूल्य की गणना एक बहुत ही जटिल बहु-आयामी तरंग समीकरण को हल करके की जाती है।

— hkBattousai 18

Answer 1

मैं देखता हूं कि आपके पास कुछ accrurate है लेकिन शायद जवाब समझने में मुश्किल है। मैं आपको एक बेहतर सहज ज्ञान देने का प्रयास करूँगा।

विचार करें कि जब आप पहली बार एक लंबी केबल के अंत में वोल्टेज लागू करते हैं तो क्या होता है। केबल में कुछ समाई होती है, इसलिए यह कुछ करंट खींचेगी। अगर वह सब कुछ वहाँ था, तो आपको एक बड़ा चालू स्पाइक मिलता है, फिर कुछ भी नहीं।

हालाँकि, इसकी कुछ श्रंखला इंडक्शन भी है। आप इसे थोड़ा श्रृंखला उपपादन के साथ अनुमानित कर सकते हैं, इसके बाद जमीन पर थोड़ी धारिता, इसके बाद एक और श्रृंखला उपपादन, आदि। इनमें से प्रत्येक एक प्रेरक और कैपेसिटर केबल की थोड़ी लंबाई मॉडल करते हैं। यदि आप उस लंबाई को छोटा बनाते हैं, तो अधिष्ठापन और धारिता नीचे जाती है और समान लंबाई में उनमें से अधिक होते हैं। हालाँकि, समाई के लिए इंडक्शन का अनुपात समान रहता है।

अब केबल के नीचे अपने प्रारंभिक लागू वोल्टेज की कल्पना करें। रास्ते के प्रत्येक चरण में, यह थोड़ा समाई चार्ज करता है। लेकिन, यह चार्ज अप इंडक्शन से धीमा हो जाता है। शुद्ध परिणाम यह है कि आपके द्वारा केबल के अंत में लगाया गया वोल्टेज प्रकाश की गति की तुलना में धीमी गति से फैलता है, और यह एक निरंतर प्रवाह की आवश्यकता के लिए केबल की लंबाई के साथ समाई चार्ज करता है। यदि आपने दो बार वोल्टेज लागू किया है, तो कैपेसिटर दो बार उस वोल्टेज से चार्ज हो जाएगा, इसलिए दो बार चार्ज की आवश्यकता होगी, जो आपूर्ति करने के लिए दो बार वर्तमान ले जाएगा। आपके पास जो करंट है वह केबल आपके द्वारा लगाए गए वोल्टेज के समानुपाती होता है। जी, यही एक अवरोधक करता है।

इसलिए, जबकि सिग्नल केबल के नीचे फैल रहा है, केबल स्रोत के लिए प्रतिरोधक दिखता है। यह प्रतिरोध केवल केबल के समानांतर समाई और श्रृंखला के अधिष्ठापन का एक कार्य है, और इसका दूसरे छोर से जुड़ा होने से कोई लेना-देना नहीं है। यह केबल की विशेषता प्रतिबाधा है।

यदि आपके पास अपनी बेंच पर केबल का एक तार है जो कि इतना छोटा है कि आप कंडक्टरों के डीसी प्रतिरोध को अनदेखा कर सकते हैं, तो यह सब तब तक काम करता है जब तक कि संकेत केबल के अंत और पीछे तक प्रचारित न हो जाए। तब तक, यह एक अनंत केबल की तरह दिखता है जो भी इसे चला रहा है। वास्तव में, यह विशेषता प्रतिबाधा पर एक अवरोधक की तरह दिखता है। उदाहरण के लिए, यदि केबल पर्याप्त छोटा है और आप अंत को छोटा करते हैं, तो अंततः आपके सिग्नल स्रोत को छोटा दिखाई देगा। लेकिन, कम से कम समय के लिए यह केबल के अंत और वापस प्रचार करने के लिए संकेत लेती है, यह चारित्रिक दोष की तरह दिखेगा।

अब कल्पना करें कि मैंने केबल के दूसरे छोर के चारों ओर विशेषता प्रतिबाधा का अवरोधक डाल दिया। अब केबल का इनपुट अंत एक अवरोधक की तरह हमेशा के लिए दिखेगा। इसे केबल को समाप्त करना कहा जाता है , और समय के साथ प्रतिबाधा बनाने और सिग्नल को प्रतिबिंबित करने से रोकने की अच्छी संपत्ति होती है, जब यह केबल के अंत में पहुंच जाता है। आखिरकार, केबल के अंत तक केबल की एक और लंबाई विशेषता प्रतिबाधा पर एक रोकनेवाला के समान दिखाई देगी।

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यह पहली बार है जब किसी ने मुझे सफलतापूर्वक केबल प्रतिबाधा समझाया, धन्यवाद

— टॉम आर।

Answer 2

जब हम 50-ओम केबल के बारे में बात करते हैं, तो हम विशेषता प्रतिबाधा के बारे में बात कर रहे हैं जो कि एक गांठ वाले प्रतिबाधा के समान नहीं है।

जब केबल में एक संकेत प्रचारित होता है, तो एक वोल्टेज तरंग और उस संकेत के साथ जुड़ा एक वर्तमान तरंग होगा। केबल की कैपेसिटिव और आगमनात्मक विशेषताओं के बीच संतुलन के कारण, इन तरंगों का अनुपात तय हो जाएगा।

जब एक केबल में 50 ओम विशेषता प्रतिबाधा होती है, तो इसका मतलब है कि यदि बिजली केवल एक दिशा में प्रचारित कर रही है, तो किसी भी बिंदु पर लाइन के साथ वोल्टेज तरंग और वर्तमान तरंग 50 ओम का अनुपात है। यह अनुपात केबल ज्यामिति की विशेषता है और ऐसा कुछ नहीं है जो बढ़ता है या घटता है यदि केबल की लंबाई बदलती है।

यदि हम एक संकेत को लागू करने की कोशिश करते हैं जहां वोल्टेज और करंट उस केबल के लिए उचित अनुपात में नहीं हैं, तो हम जरूरी दोनों दिशाओं में संकेतों को फैलाने का कारण बनेंगे। यह अनिवार्य रूप से तब होता है जब समाप्ति लोड केबल विशेषता प्रतिबाधा से मेल नहीं खाता है। लोड एक समान प्रोपेगेटिंग सिग्नल बनाने के बिना वोल्टेज के समान अनुपात का समर्थन नहीं कर सकता है ताकि चीजें जोड़ सकें, और आपके पास एक प्रतिबिंब हो।

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हम यह क्यों नहीं कह सकते कि केबल पिछले भार के साथ है और प्रतिबाधा Z जो केबल की विशेषता प्रतिबाधा के बराबर है?

— फेलिप_रिबस

@Felipe_Ribas, यदि आप केबल के एक छोर पर देख रहे हैं, और यदि दूसरे छोर को एक लोडिंग लोड के साथ समाप्त किया जाता है, तो केबल प्रतिबाधा के लिए एक निश्चित भार की तरह व्यवहार करेगा (जहां तक ​​आप इनपुट अंत से बता सकते हैं) Z. लेकिन यह आपको यह नहीं बताता कि अन्य समाप्ति के साथ क्या होता है, और यह नहीं समझाता है कि यह इस तरह से व्यवहार क्यों करता है।

— फोटॉन

संकेत की आवृत्ति एक पैरामीटर के रूप में अच्छी तरह से है, या किसी भी आवृत्ति एकल के लिए विशेषता प्रतिबाधा अच्छा है?

— मृत्यू

$Z_0$

@Felipe_Ribas, नहीं, आप ऐसा नहीं कर सकते। एक चीज के लिए, यदि लोड का मिलान नहीं किया जाता है, तो समग्र प्रतिबिंब न केवल केबल के Z0 पर बल्कि लंबाई पर भी निर्भर करेगा।

— फोटॉन

Answer 3

सिद्धांत रूप में, यदि आपके उदाहरण में केबल असीम रूप से लंबी है, तो आप दोनों लीडों के बीच 50ed प्रतिबाधा मापेंगे।

यदि आपका केबल अनंत से छोटा है, लेकिन सिग्नल के तरंग दैर्ध्य ^* लगभग 10% से अधिक है$\lambda = \dfrac{c}{f}$$c\approx 3\cdot 10^8 \text{[m/s]}$

^*) _{वास्तव में एक केबल में तरंग दैर्ध्य निर्वात की तुलना में कम होता है। सुरक्षित पक्ष पर होने के लिए, व्यावहारिक उदाहरण के लिए, बस तरंग दैर्ध्य को 2/3 से गुणा करें। तो व्यवहार में 1MHz के साथ आपकी केबल चिंता-सीमा 30 मीटर * 2/3 = 20 मीटर होनी चाहिए।}

अन्य उत्तरों ने एक अधिक सैद्धांतिक पाठ लिखा है, मैं कुछ उच्च स्तरीय व्यावहारिक जानकारी देने का प्रयास करूंगा।

व्यवहार में इसका मतलब है कि आप अपने केबल को एक अवरोधक के साथ दोनों छोर पर समाप्त करना चाहते हैं जो कि उस विशेषता प्रतिबाधा के बराबर है जिसे आप एक यथोचित स्वच्छ संकेत संचारित कर सकते हैं। यदि आप अपने केबल को ठीक से समाप्त नहीं करते हैं, तो आपको प्रतिबिंब मिलते हैं।

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

रिसीवर अंत में प्रतिबिंब आपके सिग्नल को विकृत (या अटैच) कर सकते हैं।

जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रतिबिंब केबल के दूर के अंत से ट्रांसमीटर तक भी जाता है। अक्सर आरएफ ट्रांसमीटर बड़े प्रतिबिंबित संकेतों के साथ सामना नहीं कर सकते हैं और आप पावर स्टेज को उड़ा सकते हैं। यही कारण है कि ऐन्टेना से कनेक्ट नहीं होने पर अक्सर ट्रांसमीटर को पावर न करने की दृढ़ता से सलाह दी जाती है।

Answer 4

एक केबल की विशेषता प्रतिबाधा इसकी भौतिक लंबाई के साथ कुछ नहीं करना है। यह कल्पना करने के लिए काफी जटिल है, लेकिन यदि आप एक छोर पर 100 ओम लोड और दूसरे छोर पर 10 वोल्ट की बैटरी के साथ केबल की लंबी लंबाई पर विचार करते हैं और अपने आप से पूछें कि 10 वोल्ट बैटरी कनेक्ट होने पर केबल कितना नीचे प्रवाह होगा।

आखिरकार 100 mA प्रवाहित होगा लेकिन, उस कम समय में जब करंट केबल से नीचे बह रहा हो और अभी तक लोड पर नहीं पहुंचा हो, 10 वोल्ट बैटरी से कितना करंट कम होगा? यदि केबल की विशेषता प्रतिबाधा 50 ओम है तो 200mA प्रवाहित होगी और यह 2 वाट (10 V x 200 mA) की शक्ति का प्रतिनिधित्व करती है। लेकिन यह शक्ति 100 ओम अवरोधक द्वारा सभी को "भस्म" नहीं किया जा सकता क्योंकि यह 10V पर 100 एमए चाहता है। अतिरिक्त शक्ति लोड से वापस और केबल के ऊपर वापस परिलक्षित होती है। आखिरकार चीजें शांत हो जाती हैं लेकिन बैटरी लगाने के बाद कम समय में यह एक अलग कहानी है।

$_0$

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R+j\omega L}{G+j\omega C}}$

कहाँ पे

• आर प्रति मीटर (या प्रति यूनिट लंबाई) श्रृंखला प्रतिरोध है
• एल प्रति मीटर (या प्रति यूनिट लंबाई) श्रृंखला की अधिष्ठापन है
• जी प्रति मीटर (या प्रति यूनिट लंबाई) के समानांतर चालन है और
• C प्रति मीटर (या प्रति यूनिट लंबाई) समानांतर समाई है

ऑडियो / टेलीफोनी क्षेत्र में केबल विशेषता प्रतिबाधा आमतौर पर अनुमानित है: -

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R}{j\omega C}}$

$j\omega L$

RF में, आमतौर पर 1MHz और उससे अधिक, केबल को एक वर्णिक बाधा के रूप में माना जाता है: -

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

$j\omega L$

Comments

मुझे आपके अंतिम पैराग्राफ के बारे में निश्चित नहीं है। यह 100-1000 मेगाहर्ट्ज रेंज (मेरे क्षेत्र में नहीं) में उच्च-परिशुद्धता के काम पर लागू हो सकता है। लेकिन 1 GHz और ऊपर की दुनिया में, R नुकसान G नुकसान के बजाय हावी होते हैं। यह "स्क्वायर-रूट-ऑफ-एफ-लॉस" नुकसान का कारण बनता है जो गीगाबिट संचार कार्य में एक बहुत बड़ी बात है।

— फोटॉन

@ ThePhoton तुम मुझे वहाँ मिल गया है - ऊपर 1GHz निश्चित रूप से मेरा क्षेत्र नहीं है, लेकिन मुझे 100 हर्ट्ज क्षेत्र में जी घाटे के साथ संघर्ष करना पड़ा है। त्वचा के नुकसान के बारे में (मुझे लगता है कि आप एफ नुकसान के वर्गमूल की वजह से उन लोगों का उल्लेख कर सकते हैं), डब्ल्यूडब्ल्यूएल हमेशा स्क्वरट (एफ) को बहुत तेज नहीं बढ़ाएगा। शायद यह कुछ और है?

— एंडी उर्फ

थोड़ी खोज की और यह पाया: sigcon.com/Pubs/edn/LossyLine.htm । किसी दिए गए ढांकता हुआ के लिए, जी हानियाँ उच्च आवृत्तियों पर हावी होती हैं। लेकिन लेख जो नहीं कहता है, हम आमतौर पर एक बेहतर ढांकता हुआ पाने के लिए अधिक पैसा खर्च कर सकते हैं, लेकिन हम तांबे और त्वचा के प्रभाव से बहुत ज्यादा फंस गए हैं, चाहे हम कुछ भी खर्च करें (कुछ के लिए Litz तार का उपयोग करने की संभावना से अलग) अनुप्रयोगों)

— फोटॉन