Em ch5 lecture 01 s1 13 14

1  Trần Quang Việt – BMCS – Khoa Điện – ĐHBK Tp HCM  Tran Quang Viet – Faculty of EEE – HCMUT Semester 1/12 13 Chương 5 – ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG VÀ ỨNG DỤNG [9 Understand the basic properties of tran[.]

Chương – ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN SÓNG VÀ ỨNG DỤNG Lecture-11: Phương trình đường dây ứng dụng 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 timedomain problems (find reflection coefficients, currents and voltages versus time at stationary points or versus position at given time) for lossless transmission line ]  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 5.1 Mơ hình đường dây truyền sóng & PT đường dây a) Giới thiệu mơ hình đường dây truyền sóng b) Khảo sát đường truyền bảng song song KTH c) Tổng quát hóa - phương trình đường dây  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 a) Giới thiệu mơ hình đường dây truyền sóng  Đường dây truyền sóng = vật dẫn s.song cách điện  Truyền dẫn kiểu sóng TEM  Sóng TEM kích hoạt đường dây nhờ đ.áp nguồn  Vẽ ký hiệu đường dây: z ℓ  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Khảo sát đường truyền bảng song song KTH  Xét sóng TEM đường truyền bảng không tổn hao   E  E(z,t).a x   H  H(z,t).a y conducting-plate dielectric slab  Chuyển sóng điện từ thành sóng điện áp sóng dịng điện: z  (z,t)= E(z,t) s y +++  E(z,t) d - z    H(z,t) Js (z,t)=H(z,t)a z ( = 0; m ; ) u(z,t)=E(z,t)d i(z,t)=H(z,t)w E(z,t)=u(z,t)/d  H(z,t)=i(z,t)/w  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Khảo sát đường truyền bảng song song KTH  Áp dụng hpt Maxwell:   H rotE   μ  t  E rotH   t u m d i  z w t i  w u   z d t E H  μ z t H E   z t u i  L z t i u   C0 z t μd : Điện cảm đv chiều dài w  w : Điện dung đv chiều dài C0 = d L0 =  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Khảo sát đường truyền bảng song song KTH  Phương trình viết chiều dài z: u(z+z,t)  u(z,t) i(z,t)  lim[  L ] z  z  z t i(z+z,t)  i(z,t) u(z+z,t) lim[  ]  lim[C ] z  z  z t lim i(z,t) t u(z+z,t) i(z,t)  i(z+z,t)=C z t u(z,t)  u(z+z,t)=L z  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Khảo sát đường truyền bảng song song KTH  Mơ hình mạch tương đương đoạn z: z z+z z ℓ  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Tổng quát hóa MHM tương đương cho đường dây truyền sóng KTH khác: khác C0 L0 MHM tương tự z z+z z ℓ  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Tổng quát hóa MHM tương đương cho đường dây truyền sóng có TH: z i(z,t) + z z+z ℓ i(z+z,t) L0z + R0z u(z+z,t) G0z u(z,t) - C0z -  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Các thông số đơn vị đường dây truyền sóng Parallel-Plate R0 L0 C0 G0 2R S w μd w εw d w d  R S  Re{η}  μ  Two-Wire Coaxial RS a RS  1     2  a b  μ ln  b/a  2 2πε ln  b/a  2π  ln  b/a  cosh 1  d/2a  πε cosh 1  d/2a  π cosh πfμ c σc 1  d/2a  • L0: xét điện cảm ngồi • , µ,  : mơi trường dây  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) Tổng qt hóa - PT đường dây  Phương trình tổng quát viết đoạn z: i(z,t) + L0z + R0z u(z+z,t) G0z u(z,t) i(z+z,t) - C0z - i(z,t) t u(z+z,t) i(z,t)  i(z+z,t)=G zu(z+z,t)  C z t u(z,t)  u(z+z,t)=R zi(z,t)  L z  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) Tổng quát hóa - PT đường dây  Phương trình đường dây z đường dây: z z ℓ u ( z , t ) i ( z , t )  R0 i ( z , t )  L0 z t i ( z , t ) u ( z , t )   G0u ( z , t )  C z t   Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 5.2 Đường dây KTH mạch điện tử số a) Giải phương trình đường dây khơng tổn hao b) Đường dây kết thúc tải trở c) Phương pháp giản đồ Bounce  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 a) Giải PT đường dây không tổn hao u i  L0 z t i u   C0 z t  2u  2u  L 0C0 z t (phương trình sóng) u  z, t   u  t  z vp   u  t  z vp  vp  1/ L0C0  1/ m =Vận tốc truyền sóng i  z, t   u  t  z vp  Z0  u  t  z vp  Z0 Z0  L0 / C0 : Trở kháng đặc tính đường dây  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Đường dây kết thúc tải trở  Xét đường dây truyền sóng kết thúc tải trở kích thích xung (cạnh lên) t=0: S Rg Eg t=0 Z0 , vp RL z=ℓ z=0  Sự lan truyền sóng điện áp dòng điện TL:  Tại t=0+: đầu đường dây có sóng tới i+ Rg Eg Z0 + u+ i0 =i   Eg /(R g  Z0 ) u =u   Z0i z=0  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Đường dây kết thúc tải trở  Tại t=ℓ/vp: sóng tới cuối đường dây Z0 , vp RL iL + uL - z=ℓ u L  R Li L  u+ u  (u  u )  R L     Z0 Z0  + HS PX áp tải (Load) u   R L  Z0  L      u  R L  Z0   HS PX dòng tải (Load) i  u      L  i u  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Đường dây kết thúc tải trở  Tại t=2ℓ/vp: sóng PX lại tới đầu đường dây i1 + u1 - Rg Eg u1  Eg  R gi1 Z0 , vp z=0  u + u  u   (u  u  u )  Eg  R g     Z Z Z 0   +   HS PX dòng nguồn (Source) HS PX áp nguồn (Source) i  u     S i u u   R g  Z0  S      R  Z  u   g  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Đường dây kết thúc tải trở  Tại t=: TL  xác lập (steady state) iSS Rg Eg + uSS - RL z=ℓ z=0 iSS  Eg Rg  RL uSS  R L *iSS  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 b) Đường dây kết thúc tải trở  u+, u-, i+, i- xác lập: + iSS  iSS + iSS  iSS + u SS  u SS + u SS  u SS z=ℓ z=0 + + uSS  uSS  Eg  R g (iSS  iSS ) +  +  uSS  uSS  R L (iSS  iSS ) + + iSS =uSS /Z0 +  +  u SS , u SS ,iSS ,i SS   iSS =  uSS /Z0  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce  TL kích thích nguồn khơng đổi t=0 S t= 40  Z0 = 60 T = ms 100V z=0 RL 120  z=ℓ  Tính thành phần sóng tới đầu tiên: i+ = Eg R g  Z0  100 =1A; u +  Z 0i +  60V 40+60  Tính HSPX: L  R  Z 40  60 RL  Z0 120  60 1   ; S  g   RL  Z 120  60 Rg  Z0 40  60  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 10 c) PP dùng giản đồ Bounce  Giản đồ Bounce điện áp: S t=0 40  100V Z0 = 60 T = ms RL 120  z=ℓ z=0 S  1/  L  1/  u  60V 60V 0V T u   20V 2T 80V u   4V 76V z 3T u  =-4/3V 4T t  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce  Giản đồ Bounce dòng điện: S 40  100V t=0 Z0 = 60 T = ms RL 120  z=ℓ z=0 S  1/  L  1/  i  1A 1A i  1/ 3A 2T 3/5A i  1/15A i  =1/45A z 0A T 2/3A 3T 4T t  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 11 c) PP dùng giản đồ Bounce  Dạng áp – dòng đầu đường dây:  S   1/  L  1/ z  S  1 / L  1/  u  60V 60V 1A T u  20V u   4V 76V i  1A 0V  2T z  u  =-4/3V T i  1/ 3A 80V 2T 3T 3/5A 4T 0A  2/3A i     1/15 A 3T i  =1/45A 4T t t u(V) V, V 100 z=0 76 141 225 1124 15 60 I,i(A) A 15 t, ms 8 t, ms  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce  Dạng áp – dòng cuối đường dây:  S  1/  L  1/ z  S  1 / L  1/  u  60V 60V u  20V u   4V 76V i  1A 0V 1A T  2T  u   =-4/3V i  1/ 3A 2T 3T 3/5A 0A T  80V z i     1/15 A 2/3A 3T i  =1/45A 4T 4T t t z=l u(V) V, V 100 80 I, A i(A) 28 45 224 3 t, ms t, ms  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 12 c) PP dùng giản đồ Bounce  Dạng áp – dòng đường dây:  S   1/  L  1/ z  S  1 / L  1/  u  60V 60V 1A T u  20V u   4V u  =-4/3V 76V i  1A 0V  2T z  T i  1/ 3A 80V 2T 3T 3/5A 4T 0A  2/3A i     1/15 A 3T i  =1/45A 4T t t l z V,u(V) V 100 80 76 0.5 15 t, ms 0.5 2.5 224 60 I,i(A) A 2.5 4.5 6.5 28 45 4.5 t, ms 6.5  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce  Dạng áp – dòng thời điểm t:  S   1/  L  1/ z  S  1 / L  1/  u  60V 60V 1A T u  20V u   4V u  =-4/3V 76V i  1A 0V  2T z  T i  1/ 3A 80V 2T 3T 3/5A 4T 0A  2/3A i     1/15 A 3T i  =1/45A 4T t t t=2.5ms u(V) 100 i(A) 80 76 l/2 t=4/3ms l z 2/3 l/3 2l/3 l z  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 13 c) PP dùng giản đồ Bounce  TL kích thích xung vuông: dùng pp xếp chồng V V V0 V0 = t t0 0 t V t0 + t –V0 Ví dụ: S Vg, V 100 t = Z0 = 60 T = 1ms 40  Vg z z=0 t, ms 120 z =l  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 c) PP dùng giản đồ Bounce S  – L  – 60 V t, ms 60 –60 80 –4 16 – 16 15 20 –20 –4 –4/3 4 20 4/15 – z=0 4/3 z 2 z=l [V ] 80 – 16 t 2 ,V ms 20 16 16 – 13 0 [V]zl, V 0 t, ms l/4 l/2 3l/4 l z  Tran Trần Quang Việt Viet –– BMCS Faculty–of Khoa EEEĐiện – HCMUT-Semester – ĐHBK Tp.HCM1/12-13 14