Preguntas y confusiones sobre la teoría de líneas de transmisión y el modelo de elementos agrupados

  

El cable coaxial en la ilustración anterior es un cable BNC de impedancia intrínseca estándar de 50 ohmios. Sé que su longitud y digamos que es 20 metros de largo. Ya que usamos el modelo de elementos agrupados, no usaremos 50 Ohm, ¿verdad? ¿Y la capacitancia y la inductancia variarán con la longitud? En otras palabras, ¿cómo puedo modelar este cable en LTspice?

Primero, cuando hablamos de líneas de transmisión, hablamos de impedancia característica . "Impedancia intrínseca" no es un término que tenga un significado específico en el área de las líneas de transmisión.

Un modelo de elemento concentrado de una línea de transmisión con una impedancia característica de 50 ohmios no implica un elemento resistivo de 50 ohmios en serie. La impedancia característica describe la relación entre el voltaje y la corriente en la onda viajera que puede propagarse a lo largo de la línea. No causa ninguna pérdida de potencia como lo haría una resistencia en serie.

Podría involucrar una serie de elementos capacitivos e inductivos en una disposición de sección pi o T. Un modelo de sección pi de una línea desequilibrada sin pérdidas se vería así:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

C1 y C6 tendrían la mitad del valor de C3, C4 y C5, porque los condensadores intermedios representan cada uno las patas de derivación de dos secciones pi en paralelo. La capacitancia total debe sumar la capacitancia de la línea por unidad de longitud por su longitud. La inductancia total debe sumarse a la inductancia de la línea por unidad de longitud por su longitud.

Obviamente, este modelo fallará cuando la frecuencia sea demasiado alta, ya que el primer y último elemento de capacitancia cortará de manera efectiva las señales que se aproximan en las direcciones de avance y retroceso. Al aumentar el número de secciones, puede reducir la capacitancia por sección en el modelo, y así aumentar la frecuencia en la que ocurre este problema.

  

Así que ahora tenemos una impedancia de salida del transductor que es Rout = Zout, una impedancia de cable coaxial que es de 50 Ohm, y tenemos una carga Rload = Zload que es, digamos, 100M.

La impedancia de carga no es particularmente realista. Las entradas de alcance típicas son 1 o 10 Megohms. Los alcances diseñados para medir frecuencias razonablemente altas generalmente tendrán la opción de programar una impedancia de entrada de 50 ohmios.

  

Entonces, en este caso, para lograr la coincidencia de impedancia en toda la línea, necesito una resistencia de 50 Ohm en paralelo con Rload justo antes de Rload para hacer Rload 50 Ohm.

Sí, si su alcance no tiene una opción de impedancia de entrada de 50 ohmios y las reflexiones se convierten en un problema, puede agregar una resistencia paralela de 50 ohmios en la entrada para reducir estas reflexiones. También reducirá la señal vista por el alcance.

  

Y también necesito saber la Ruta y debo agregarle una serie o resistencia paralela para que su equivalente o Thevenin sea 50 Ohm.

No es necesario que coincida con ambos extremos de la línea de transmisión. Si combina muy bien un extremo, eliminará los reflejos que lleguen a ese extremo, por lo que no verá el timbre de múltiples reflejos.

  

La resistencia paralela de 50 ohmios cargará el transductor y tendré más errores, ¿verdad? Me parece que para enviar datos esto podría no ser un problema, pero en este caso el nivel de voltaje de la señal es importante. ¿Qué sugerirías en este caso?

Puede proporcionar un amplificador de búfer en el transductor para producir una señal con baja impedancia de salida.

Podría acercar el alcance al transductor para que la línea sea más corta y no sea necesaria la adaptación de impedancia.

Puede proporcionar un filtro RC en la salida del transductor para reducir la velocidad de transición de borde para que haya menos señal de alta frecuencia y no se requiera una adaptación de impedancia.