Todavía tengo un problema de comprensión con el cable coaxial de impedancia adaptada y su comportamiento.
Hacemos igualación de impedancias para evitar reflejos.
¿Cómo ve mi fuente de señal todo el cable? A cierta frecuencia, solo ve 50 ohmios. ¿Cómo calculo esa frecuencia? ¿Qué ve mi fuente de señal en frecuencias más bajas? ¿Una carga capacitiva, dependiendo de la longitud del cable?
Ya leí muchos artículos y posts, pero es algo que todavía no me queda claro.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
¿Cómo ve mi fuente de señal todo el cable?
La impedancia característica ( ) de cualquier línea de transmisión ya sea coaxial o de par trenzado (apantallada o sin apantallar) está determinada por: -
Donde R, L, G y C son la resistencia, inductancia, conductancia y capacitancia de la línea real por unidad de longitud. Debido a que es por unidad de longitud, podemos elegir cualquier longitud que queramos para medir esos números y obtener la misma respuesta.
¿A cierta frecuencia ve solo 50 ohmios?
Si asumimos que la frecuencia es bastante alta (alrededor de 1 MHz o más), la ecuación anterior se puede simplificar porque y domina sobre R y G, por lo que obtenemos: -
Entonces, un valor típico para L podría ser 250 nH por metro y C podría ser 100 pF por metro y esto da: -
Por encima de aproximadamente 1 MHz, la impedancia característica es resistiva en un valor fijo (muy a menudo 50 ohmios) hasta el área de GHz cuando suceden otras cosas.
¿Cómo calculo esa frecuencia?
Por lo general, es alrededor de 1 MHz, pero tiene la fórmula completa y si desea saber cómo se desarrollan las cosas por debajo de 1 MHz, la fórmula tiende a convertirse en esto para cualquier cable práctico con conductancia insignificante (G): -
Esa fórmula domina la mayoría del espectro de audio, como un cable como este: -
Imagen tomada de este sitio wiki y tenga en cuenta que hay un error en el eje x: debe decir "300 k" y no "3 M".
¿Qué ve mi fuente de señal en frecuencias más bajas? ¿Una carga capacitiva, dependiendo de la longitud del cable?
No del todo, la relación de R a es fácil de entender, pero su raíz cuadrada (y en particular el término "j") implica un ángulo de fase de 45 grados.
Entonces, hacemos igualación de impedancia para evitar reflejos.
Sí, pero a bajas frecuencias esto no suele tener sentido porque la longitud del cable suele ser tan corta en comparación con las longitudes de onda de la señal (de audio) que los reflejos son triviales.
Apareció una imagen que muestra un diferencial a un controlador de un solo extremo con una terminación de 50 ohmios a una longitud de cable coaxial. El coaxial está terminado en 50 ohmios. Dado que no hay explicación, tengo que agregar lo siguiente: -
Esta sería mi recomendación basada en la información limitada proporcionada por el OP: -
Pero podría funcionar adecuadamente con 50 ohmios en el interior y un suelo duro en el escudo en el extremo del conductor. Todavía no está claro de qué se trata la adición de preguntas.
Entonces, hacemos igualación de impedancia para evitar reflejos.
Por lo general, sí. En realidad, hacemos adaptación de impedancia para la máxima transferencia de potencia ; puede medir la cantidad de energía que no se transfiere por la cantidad que se refleja.
Entonces, que no haya reflejos es síntoma de lo que queríamos lograr: que la máxima potencia se transmita a través de la línea de transmisión.
¿Cómo ve mi fuente de señal todo el cable?
De nada.
Si coincide, solo ve la impedancia de onda en el punto de entrada a la línea de transmisión.
¿A cierta frecuencia solo ve 50 ohmios?
Nuevamente, sí, si la línea de transmisión tiene una impedancia de onda de 50 Ω en cualquier frecuencia en particular, eso es lo que ve.
¿Cómo calculo esa frecuencia?
Esta pregunta no tiene sentido: usted es el que tiene un sistema que funciona en una frecuencia específica y combina su sistema y la línea de transmisión para esa frecuencia específica.
¿Qué ve mi fuente de señal en frecuencias más bajas?
Alguna otra impedancia.
¿Una carga capacitiva, dependiendo de la longitud del cable?
Capacitiva, óhmica, inductiva: depende de cuál sea la longitud y la impedancia de onda de la línea de transmisión real; no hay una declaración general, aparte de decir:
Una coincidencia es la única forma en que la impedancia de onda efectiva vista por la fuente no depende de la longitud del cable.
Tenga en cuenta que "emparejado" no significa impedancia de "valor real". Si su fuente tiene una impedancia compleja, entonces la impedancia combinada es el conjugado complejo de eso, y sigue siendo complejo.
¿Cómo ve mi fuente de señal todo el cable?
Comencemos con simple, sin pérdidas, uniforme, coaxial. Hay sistemas más complicados de los que otras personas podrán informarle.
Si el cable termina en su impedancia característica, que supondremos que es de 50 Ω, entonces la entrada del cable parece de 50 Ω. Lo importante aquí es que para el cable sin pérdidas, eso es cierto para cualquier forma de onda, en todas las frecuencias, incluida la CC, y para cualquier longitud de cable.
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Aquí hay dos formas en que podríamos describir una línea de transmisión como 'terminada' (hay otras). En tus comentarios hablas de usar 3m de cable coaxial RG316. Esta longitud tiene una resistencia de bucle de aproximadamente 1 Ω, mientras que el cable tiene una tolerancia de impedancia de aproximadamente 2 Ω.
En el diagrama superior, el opamp verá una carga de aproximadamente 25 Ω. Este será esencialmente resistivo desde CC hasta 100 MHz. Cualquier componente capacitivo o inductivo será insignificante. Muy pocos amplificadores comunes podrán manejar esto sin problemas.
En el diagrama inferior, el amplificador operacional verá una carga de aproximadamente 100 Ω de CC a 100 MHz, con las mismas advertencias.
Usamos modelos ligeramente diferentes para explicar el comportamiento en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. El dominio del tiempo implica pasos e impulsos en el tiempo, que tienen un espectro de frecuencia muy amplio. Las descripciones del dominio de la frecuencia tienden a utilizar frecuencias únicas, que se centran en el comportamiento a largo plazo e ignoran el transitorio inicial. Recuerde que ambos son verdaderos, y cualquier conflicto aparente es uno de lenguaje y dominio del modelo.
Si lanzamos una entrada de paso en el cable, por lo que una amplia gama de frecuencias que incluyen frecuencias muy altas, la entrada del cable parece inicialmente de 50 Ω. Parece 50 Ω durante el tiempo que tarda la onda escalonada en llegar al otro extremo del cable. Si encuentra 50 Ω allí, no se refleja y la entrada del cable continúa pareciendo 50 Ω indefinidamente.
Si el escalón encuentra un circuito abierto, entonces obtiene voltaje reflejado en fase, corriente en antifase, y cuando el escalón llega nuevamente a la entrada, el voltaje se duplica y la corriente de entrada cae a cero. A bajas frecuencias en el dominio de la frecuencia, cuando el tiempo de tránsito del cable es muy corto en comparación con el período de la señal, este comportamiento de circuito abierto parece capacitivo en la entrada. Con un cortocircuito en la salida, el comportamiento de la entrada de baja frecuencia parece inductivo.
Con una fila larga, el comportamiento es más interesante. Si la salida es un circuito abierto, entonces a una frecuencia para la cual la línea tiene un cuarto de longitud de onda, la entrada en realidad parece un cortocircuito. Esta longitud de línea especial se usa mucho en filtros y otros componentes, ya que esta transformación de impedancia es muy útil. Sin embargo, cualquiera que sea la frecuencia en el dominio de la frecuencia, una línea de 50 Ω en circuito abierto nunca se verá como 50 Ω en la entrada, solo corta, abierta, inductiva o capacitiva, según la longitud y la frecuencia.
Con una línea con pérdida, el comportamiento es más complicado. Una vez que la resistencia en serie se convierte en una fracción significativa de la impedancia, ya no se puede ignorar. Esto se complica por el hecho de que en RF, el efecto de profundidad de la piel aumenta la resistencia efectiva.
La impedancia de un cable proviene del concepto de cable ideal (sin resistencia, sin pérdidas dieléctricas) con longitud infinita y propiedades constantes a lo largo de su longitud.
Si alimenta dicho cable con CC, verá una corriente constante y finita a medida que el cambio de voltaje se propaga a lo largo del cable y carga la capacidad del cable. El cable es efectivamente una resistencia.
Puede alimentar el mismo cable con CA: el cable mostrará la misma resistencia que emerge por el mismo mecanismo.
Si corta el cable en algún punto y reemplaza el resto de la parte infinita con una resistencia con la misma resistencia que el cable infinito, nada cambiará desde el punto de vista de la fuente de alimentación. El lado de entrada del cable seguirá comportándose como la misma resistencia.
El cable es una impedancia dependiente de la frecuencia. Su impedancia depende de su terminación y de su longitud eléctrica. A muy bajas frecuencias donde el cable es eléctricamente corto, se ve como una capacitancia, porque la inductancia en serie es simplemente demasiado pequeña a muy bajas frecuencias para hacer del cable un sistema distribuido. La frecuencia donde mostrará su impedancia característica nominal es donde la impedancia de la inductancia en serie comienza a dominar sobre la impedancia resistiva en serie.
Andy alias
Jeres
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