Длинные линии
Длинные линии
Некоторые телефонные линии используют медные кабели диаметром 104 мм, которые состоят из 18 изолированных жил. Измеряемые параметры даны для линии длиной в одну милю:
R = 10,15 Ом;
L = 3,93 мГн;
G = 0,29 мкс;
С = 0,00797мкФ.
Длина линии 200 миль. Рассмотрим, как уменьшаются ток и напряжение при изменении длины линии, если она нагружена на полное сопротивление, равное ее характеристическому сопротивлению Z0 при угловой частоте со ?=5000 рад/с.
Характеристическое сопротивление определяется как Z0=z|у, где z=R+j?L и у=G+j?С. Коэффициент распространения определяется как ?=
Z0 = 445 Q – 13,45° Ом = (724,567 – j173,285) Ом,
g = 0,0297 Q – 76,13° = 0,00712 + j0,0288.
Наш подход к решению будет основан на выделении сегмента линии приемлемой длины, представлении этого сегмента сосредоточенными параметрами и использовании его в качестве подсхемы (subcircuit). Поскольку длина линии составляет 200 миль, выберем сегмент длиной 20 миль в качестве подсхемы с Т-образной структурой и сосредоточенными параметрами. Приведенные выше значения для для R, L, G и С на одну милю должны быть умножены на 20, и половина полученных в результате значений для R и L будет использована в качестве параметра для каждой половины Т-образной схемы. Результаты показаны на рис. 12.19 и включены в подсхему. Проверьте элементы, показанные в подсхеме TLINE.
(а)
(b)
Рис. 12.19. Секция длинной телефонной линии
На вход линии подано от источника напряжение в 1 В. Небольшие резисторы датчиков тока включены между сегментами линии. Это позволяет измерить напряжения и токи в этих точках. Линия нагружена на полное сопротивление Z0, емкостная составляющая которого равна -173,285 Ом, что на данной частоте соответствует емкости в 1,154 мкФ. Обозначения узлов представлены на рис. 12.20. Входной файл:
Transmission-Line Representation
V 1 0 AC 1V
R1 1 2 0.01
R2 3 4 0.01
R3 5 6 0.01
R4 7 8 0.01
R5 9 10 0.01
R6 11 12 0.01
R7 13 14 0.01
R8 15 16 0.01
R9 17 18 0.01
R10 19 20 0.01
RL 21 22 724.567
CL 22 0 1.154uF
X1 2 0 3 TLINE
X2 4 0 5 TLINE
X3 6 0 7 TLINE
X4 8 0 9 TLINE
X5 10 0 11 TLINE
X6 12 0 13 TLINE
X7 14 0 15 TLINE
X8 16 0 17 TLINE
X9 18 0 19 TLINE
X10 2 0 0 21 TLINE
.subckt TLINE 1 2 6
R 1 3 101.5
R1 4 5 101.5
L 3 4 3 9.3mH
L1 5 6 3 9.3mH
Rs 4 2 0.172Meg
N 4 2 0.159uF
.ends
.OPT nopage
.AC LIN 1 795.8Hz 795,8Hz
.PRINT AC I(R1) I(R2) I(R3) I(R4) I(R5) I(R6) I(R7) I(R8) I(R9)
+ I(R10) I(RL)
.PRINT AC V (2) V(4) V(6) V(8) V(10) V(12) V(14) V(16) V(18) V(20)
+ V(21)
.PRINT AC VP(2) VP(4) VP(6) VP(8) VP(10) VP(12) VP(14) VP(16) +VP(18) VP(20) VP(21)
.END
Рис. 12.20. Телефонная линия из 10 Т-образных секций, каждая из которых соответствует участку в 20 миль
Проведите анализ и по результатам, полученным из выходного файла, убедитесь, что ток на входе линии равен 1,392 мА, ток на выходе 0,3104 мА, а напряжение на выхода 0,2312 В. Получите график зависимости тока и напряжения от текущей координаты точки в линии передачи. Экспоненциальный спад этих величин будет очевиден.
Вы можете также наблюдать сдвиг фазы, который происходит с увеличением текущей координаты точки. Просто проведите анализ и выведите на печать IP(R1), IP(R2) и т. д. Или распечатайте VP(2), VP(4) и так далее. Убедитесь, что VP(4)=-33,3°. Это соответствует сдвигу фазы сегмента линии длиной 20 миль, что дает 1,665° на милю. Переведя относительный сдвиг фазы в радианы на милю, мы получим величину, близкую к ?=0,0288 рад/миля. На рис. 12.21 показан выходной файл, в котором приведены значения токов, напряжений и фазовых углов напряжений.
**** 07/31/99 11:20:46 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
Transmission-Line Representation
V 1 0 AC 1V
R1 1 2 0,01
R2 3 4 0,01
R3 5 6 0.01
R4 1 8 0.01
R5 9 10 0.01
R6 11 12 0.01
R7 13 14 0.01
R8 15 16 0.01
R9 17 18 0.01
R10 19 20 0.01
RL 21 22 724.567
CL 22 С 1.154uF
X1 2 0 3 TLINE
X2 4 0 5 TLINE
X3 6 0 7 TLINE
X4 8 0 9 TLINE
X5 10 0 11 TLINE
X6 12 0 13 TLINE
X7 14 0 15 TLINE
X8 16 0 17 TLINE
X9 18 0 19 TLINE
X10 20 0 21 TLINE
.subckt TLINE 1 2 6
R 1 3 101.5
R1 4 5 101.5
L 3 4 39.3mH
L1 5 6 39.3mH
Rs 4 2 0.172Meg
С 4 2 0.159uF
.ends
.OPT nopage
.AC LIN 1 795.8Hz 795.8Hz
.PRINT AC I (R1) I(R2) I(R3) I(R4) I(R5) I(R6) I(R7) I(R8) I(R9) I(R10) I(RL)
.PRINT AC V(2) V(4) V(6) V(8) V(10) V(12) V(14) V(16) V(18)V(20) V(21)
.PRINT AC VP(2) VP(4) VP(6) VP(8) VP(10) VP(12) V(14) VP(16) VP(18) VP(20) VP(21)
.END
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С
FREQ I(R1) I(R2) I(R3) I(R4) I(R4)
7.956E+02 1.392E-03 1.202E-03 1.0301-03 8.953E-04 7.693E-04
FREQ I(R6) I(R7) I(R8) I(R9) I(R10)
7.958E+02 6.608E-04 5.709E-04 4.967Е-04 4.300E-04 3.678E-04
FREQ I(RL)
7.958E+02 3.104E-04
FREQ V(2) V(4) V(6) V(8) V(10)
7.958Е+02 1.000E+00 8.613E-01 7.412E-01 6.390E-01 5.528E-01
FREQ V(12) V(14) V(16) V(18) V(20)
7.958E+02 4.784E-01 4.117Е-01 3.518E-01 3.015E-01 2.626E-01
FREQ V(21)
7.958E+02 7.312E-01
FREQ VP(2) VP(4) VP(6) VP(8) VP(10)
7.958E+02 -1.676E-04 -3.330E+01 -6.671E+01 -1.002E+02 -1.337E+02
FREQ VP(12) VP(14) VP(16) VP(18) VP(20)
7.953E+02 -1.669Е+02 1.601E+02 1.268E+02 9.283E+01 5.873E+01
FREQ VP(21)
7.958E+02 2.568E+01
Рис. 12.21. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 12.20
Данный текст является ознакомительным фрагментом.