Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Đường dây truyền sóng và ứng dụng - Lecture 11: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch điện tử số - Trần Quang Việt

Nội dung text: Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Đường dây truyền sóng và ứng dụng - Lecture 11: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch điện tử số - Trần Quang Việt

1. Chương 5 – ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG VÀ ỨNG DỤNG Lecture-11: Phương trình đường dây và ứng dụng trong mạch điện tử số [9. Understand the basic properties of transmission lines; solve frequency-domain problems (find impedance, reflection coefficients, current, voltage, power) for lossless transmission line; solve time- domain problems (find reflection coefficients, currents and voltages versus time at stationary points or versus position at given time) for lossless transmission line. ]  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5.1. Mô hình đường dây truyền sóng & PT đường dây a) Giới thiệu mô hình đường dây truyền sóng b) Khảo sát đường truyền 2 bảng song song KTH c) Tổng quát hóa - phương trình đường dây  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 1
2. b) Khảo sát đường truyền 2 bảng song song KTH  Áp dụng hpt Maxwell: H EH  rotE μ μ t z  t E HE  rotH   t z  t umd  i u  i L z w  t z0  t i w  u i  u C z d  t z0  t μd L = : Điện cảm trên 1 đv chiều dài 0 w  w C = : Điện dung trên 1 đv chiều dài 0 d  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 b) Khảo sát đường truyền 2 bảng song song KTH  Phương trình viết trên chiều dài z: u(z+ z,t) u(z,t)  i(z,t) lim lim[ L0 ] z 0 z z 0 t i(z+ z,t) i(z,t)  u(z+ z,t) lim[ ] lim[C0 ] z 0 z z 0 t i(z,t) u(z,t) u(z+ z,t)=L z 0 t u(z+ z,t) i(z,t) i(z+ z,t)=C z 0 t  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 3
3. c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Tổng quát hóa MHM tương đương cho các đường dây truyền sóng có TH: z z z+ z 0 ℓ i(z,t) i(z+ z,t) L0 z + + R0 z u(z+ z,t) u(z,t) G0 z - C0 z -  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Các thông số đơn vị của các đường dây truyền sóng cơ bản Parallel-Plate Two-Wire Coaxial 2R R R R S S S 1 1 0 w a 2 a b μd μ μ L cosh 1 d/2a ln b/a 0 w 2 εw πε 2πε C 1 0 d cosh d/2a ln b/a  w π 2π G0 d cosh 1 d/2a ln b/a πfμ c L : chỉ xét điện cảm ngoài. RS Re{η} • 0 σ c • , µ,  : của môi trường giữa 2 dây  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 5
4. 5.2. Đường dây KTH trong mạch điện tử số a) Giải phương trình đường dây không tổn hao b) Đường dây kết thúc bởi tải thuần trở c) Phương pháp giản đồ Bounce  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 a) Giải PT đường dây không tổn hao u  i 2 2 L0 u  u z  t 2 L0C 0 2 i  u z  t C z0  t (phương trình sóng) uzt , utzv p utzv p vp 1/ L0 C 0 1/ m =Vận tốc truyền sóng u t z vp u t z v p i z, t ZZ0 0 Z0 L/C 0 0 : Trở kháng đặc tính của đường dây  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 7
5. b) Đường dây kết thúc bởi tải thuần trở . Tại t=2ℓ/vp: sóng PX về lại tới đầu đường dây i1 + Rg u1 Z0 , vp u1 E g R g i 1 - Eg z = 0 + + u u u (u u u ) Eg R g ZZZ0 0 0 HS PX áp tại nguồn (Source) HS PX dòng tại nguồn (Source) u RZg 0 i u  S S i u u Rg Z 0  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 b) Đường dây kết thúc bởi tải thuần trở . Tại t= : TL xác lập (steady state) iSS R + g R uSS L - Eg z = 0 z = ℓ Eg iSS RRg L uSS R L *i SS  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 9
6. c) PP dùng giản đồ Bounce . Giản đồ Bounce điện áp: S 40  t = 0 Z = 60 0 RL T = 1 ms 120  100V z = 0 z = ℓ  1/ 5  1/ 3 S L z u 60V 0V 60V u 20V T 2T 80V u 4V 3T 76V u =-4/3V 4T t  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce . Giản đồ Bounce dòng điện: S 40  t = 0 Z = 60 0 RL T = 1 ms 120  100V z = 0 z = ℓ  1/ 5  1/ 3 S L z i 1A 0A 1A i 1/ 3A T 2T 2/3A i 1/15A 3T 3/5A i =1/45A 4T t  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 11
7. c) PP dùng giản đồ Bounce . Dạng áp – dòng giữa đường dây:  1/ 5  1/ 3  1/ 5  1/ 3 S L z S L z u 60V 0V i 1A 0A 60V 1A u 20V T i 1/ 3A T 80V 2/3A 2T u 4V 2T i 1/15 A 76V u =-4/3V 3T 3/5A i =1/45A 3T 4T 4T t t l z i(A) Vu(V), V 2 I, A 1 100 1 28 80 76 45 2 60 224 9 3 3 15 0 0.5 2.5 4.5 6.5 t, ms 0 0.5 2.5 4.5 6.5 t, ms  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce . Dạng áp – dòng tại một thời điểm t:  1/ 5  1/ 3  1/ 5  1/ 3 S L z S L z u 60V 0V i 1A 0A 60V 1A u 20V T i 1/ 3A T 80V 2/3A 2T u 4V 2T i 1/15 A 76V u =-4/3V 3T 3/5A i =1/45A 3T 4T 4T t t t=2.5ms t=4/3ms u(V) i(A) 100 80 1 76 2/3 0 l/2 l z 0 l/3 2l/3 l z  TranTrần Quang ViệtViet – BMCSFaculty – ofKhoa EEE Điện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM 1/12-13 13