Báo cáo thí ngiệm SCT

Báo cáo thí ngiệm SCT Lab 3 Transients on Transmission Lines 1. Giới thiệu chung : Nội dung : + Khảo sát đương truyền dưới những tác động khác nhau của nguồn phát ,cùng với sự thay đổi khác nhau của tải ,từ đó kết luận về đặc trương của đường truyền +Khảo sát vấn đề phối hợp trở kháng trong truyền dẫn thông tin đi xa

Lab 3 Transients on Transmission Lines 1. Giới thiệu chung : Nội dung : + Khảo sát đương truyền dưới những tác động khác nhau của nguồn phát ,cùng với sự thay đổi khác nhau của tải ,từ đó kết luận về đặc trương của đường truyền +Khảo sát vấn đề phối hợp trở kháng trong truyền dẫn thông tin đi xa 2. Purely Resistive Termination Sử dụng spice để ngiêm cứu sự lan truyền của xung trong đường truyền huux hạn ,sử dung tai thuần trở 2.1 A step function, matched load Nội dung tiến hành : Thiết lập đường truyền có các thông số Z0 = 50 Ω ; TD = 25 ns ; Rg = 50 Ω ; Rl = 50 Ω Nguồn xung VPWL ,cho phép thiết lập các giá trị điện áp khác nhau tương ứng với những khoảng thời gian riêng biệt những điện áp khac nhau Mạch mô phỏng : 0 V R L 5 0 0 V 1 T 1 = 0 T 2 = 0 . 0 0 1 n s T 3 = 2 0 n s T 4 = 3 0 n s V 1 = 0 v V 2 = 1 0 v V 3 = 1 0 v V 4 = 1 0 v 0 V R g 5 0 I N 0 V 0 0 V 0 V 0 V 0 0 0 V O U T 0 V T 1 Z 0 = 5 0 T D = 2 5 n s Khảo sát điện áp nguồn và tải trong thời gian t = 0:50 ns Problem 1: Hệ số phản xạ tại nguồn : Tg = (Rg – Zo)/ (Rg + Zo) = (50 - 50)/ (50+50) = 0 Hệ số phản xạ tại tải : Tg = (Rl – Zo)/ (R + Zo) = (50 - 50)/ (50+50) = 0 Biên độ song tới : V + = Vg*Zo/(Rg + Zo) = 10.50 / (50 + 50) = 5 V Vậy + Trên đường truyền không có phản xạ xảy ra, giá trị điện áp tới được bảo tồn trên đường truyền. + không có tổn hao đường truyền , sau 25 ns bên tải sẽ nhận tín hiệu + Quan sát tín hiệu mô phỏng cho kết quả giống như tính toán lí thuyết 1.2. A step function, mismatched load : Nội dung tiến hành : Mạch mô phỏng như trường hợp trên nhưng thay Rl = 20 Ω 0 R g 5 0 O U T T 1 Z 0 = 5 0 T D = 2 5 n s 0 I N 0 V g 0 R L 2 0 Problem 2 Khảo sát điện áp nguồn và tải trong thời gian t = 0:50 ns Hệ số phản xạ tại nguồn : Tg = (Rg – Zo)/ (Rg + Zo) = (50 - 50)/ (50+50) = 0 Hệ số phản xạ tại tải : Tg = (Rl – Zo)/ (R + Zo) = (20 - 50)/ (20+50) = -3/7 Biên độ song tới : V 1 + = Vg*Zo/ (Rg + Zo) = 10.50 / (50 + 50) = 5 V Biên độ sóng phản xạ : V 1 - = T L *V 1 + = 5*(-3/7) = - 15/7 Nhận xét : + Tải nhận tín hiệu sau khi trễ 25ns + Điện áp tại tải = ( điện áp tới + điện áp phản xạ ) hay V L = V 1 + + V 1 - = V + + T L *V 1 + = 5 + 5*(-3/7) = 20/7 V + Cứ sau 50ns nguồn sẽ nhận lại điện áp phản xạ, giá trị điện áp phản xạ sẽ giảm xuống mức bằng (-3/7) lần điện áp V + + Sau các khoảng thời gian truyền , điện áp phản xạ thay đổi, điện áp phát giảm xuống . t= 2T : V L = V + + V - = V + + T L *V + = 5 + 5*(-3/7) = 20/7 V t = 3T : Điện áp phản xạ V 2 - = T L *V + 2 = -3/7*0 = 0 V L = V 2 + + V 2 - = 0 + 20/7 = 20/7 = 2,86 1.3. A step function, mismatched load and source Giữ nguyền giá trị trỏ kháng tải R L =20 Ω và thay đổi điện trở nguồn R g =200 Ω . 0 R g 2 0 0 O u t p u t T 1 Z 0 = 5 0 T D = 2 5 n s 0 I n p u t 0 V g 0 R L 2 0 Problem 3 : Khảo sát điện áp nguồn và tải trong thời gian t = 0 : 300 ns Hệ số phản xạ tại nguồn phát là: Tg = (Rg – Zo)/ (Rg + Zo) = (200 - 50)/ (200+50) = 3/5. Hệ số phản xạ tại tải: Tload = (Rl – Zo)/ (Rl + Zo) = -3/7. Điện áp tới là: V + = Vg*Zo/ (Rg + Zo) = 10.50 / (200 + 50) = 2 V Nhận xét : + Nguồn nhận tín hiệu phản xạ có hệ số phản xạ dương từ tải sau khoảng thời gian 50 ns đầu tiên . + Sau 50 ns tiếp theo , nguồn phát lại nhận được giá trị tín hiệu phản xạ về, tín hiệu này có hệ số phản xạ dương + Sau 50 ns tiếp theo (t = 150 ns ), nguồn phát lại nhận được tín hiệu có hệ số phản xạ âm và quá trình cứ xảy ra liên tiếp nhiều lần - t = 50ns, V g = ( V 1 + + V 1 - + V 2 + ) = 2 + (-3/7)*2 – 0.514 = 0.628V. - t = 100ns, V g = V 2 + + V 2 - = 0.628 – 0.514 + 0.22 + 0.132 = 0.98 V. …. -Tại tải, cứ sau trễ 25ns, điện áp mà nó nó nhận đc bao gồm cả sóng tới và sóng phản xạ. -Tại 25ns, V l = 2 – 0.86 = 1.14 V. -Tại 75ns, V l = 2 – 0.86 – 0.514 + 0.22 = 0.85V. … - Tại t = 275ns, sóng phản xạ và sóng phản xạ xấp xỉ, tức là ko đổi. Bảng tính toán điện áp phát đi và nhận tương ứng các thời điểm khác nhau : T V phát đi V nhận 0 Vl = 0 T Vl = V 1 + + V 1 - = 2- 6/8 = 1.14 v 2T Vs = V 1 + + V 1 - + V 2 + = (1 +T l + T l *T g )*V 1 - = 0.63 v Vl = V 1 + + V 1 - = 2- 6/8 = 1.14 v 3T Vs = V 1 + + V 1 - + V 2 + = (1 +T l + T l * T g )*V 1 - = 0.63 v Vl = (1 +T l + T l * T g + T 2 l * T g )*V 1 - = 0.85 v 4T Vs = (1 +T l + T 2 l * T g + T 2 l * Tg 2 )*V 1 - = 0.98 v Vl = (1 +T l + T l * T g + T 2 l * T g )*V 1 - = 0.85 v 5T Vs = (1 +T l + T 2 l * T g + T 2 l * Tg 2 )*V 1 - = 0.98 v Vl = (1 +T l + T l * T g + T 2 l * T g + T 3 l Tg 2 )*V 1 - = 0.92 v => Kết quả mô phỏng giống như đã tính toán 1.4. A short pulse Nội dung tiến hành : - Chia đường truyền thành 2 phần có cùng TD = 12.5 ns ; Zo = 50. Rg = 200 ;Rl= 20 Điện áp nguồn là xung dạng v g (t) = 10(u(t)- u(t-10ns)). -thiết lập (T1, V1) -> (0ns,0V), (T2,V2) -> (0.001ns,10V), (T3,V3) -> (10ns,10V) and (T4,V4) -> (10.001ns,0V) 0 V R L 5 0 R G 5 0 0 0 0 0 V T 1 Z 0 = 5 0 T D = 1 2 . 5 n s 0 V M i d d l e 0 V O u t p u t 0 V I n p u t T 2 T D = 1 2 . 5 Z 0 = 5 0 0 0 V 0 V 0 V g Problem 4 Khảo sát điện áp nguồn ,giữa và tại tải trong thời gian t = 0 : 100 ns Hệ số phản xạ tại nguồn phát là: Tg = (Rg – Zo)/ (Rg + Zo) = (200 - 50)/ (200+50) = 3/5. Hệ số phản xạ tại tải: Tload = (Rl – Zo)/ (Rl + Zo) = -3/7. Điện áp tới là: V + = Vg*Zo/ (Rg + Zo) = 10.50 / (200 + 50) = 2 V The Bounce diagram : 1.5. A longer pulse Nguồn phát v g = +10 V với t = 0 … 20 ns, và 10− = g v V với t = 20 … 40ns. T 1 Z 0 = 5 0 T D = 1 2 . 5 n s V g 00 0 0 V 0 V R L 2 0 0 V I n p u t 0 V O u t p u t 0 V M i d d l e 0 V T 2 T D = 1 2 . 5 n s Z 0 = 5 0 0 0 V 0 R G 2 0 0 Problem 5 Khảo sát điện áp nguồn ,giữa và tại tải trong thời gian t = 0 : 100 ns From the graph, we can see that the transition from high to low is perfectly clear at the load end. 3. Reactive Termination 3.1 A step into a capacitive load Nội dung tiến hành : Sử dụng đương truyền có các thông số TD= 25ns và Zo = 50 Ω Nguồn phát Vg(t) = 10.u(t) .Rg = 25 0 V 0 V T 1 Z 0 = 5 0 T D = 2 5 n s 0 V 0 V I N 0 V O U T 0 V g T 1 = 0 T 2 = 0 . 0 0 1 n s T 3 = 2 0 n s T 4 = 4 0 n s T 5 = 6 0 n s V 1 = 0 V 2 = 1 0 V 3 = 1 0 V 4 = 1 0 V 5 = 1 0 0 V C 3 1 n R g 2 5 0 0 V 0 0 V 0 Problem 7 Biểu diễn điện áp tải và nguồn trong khoảng t = 0…600 ns Kết quả : Tải với C=1nF -Từ đồ thị trên ta có: V end = 12.132V V initial = 0 V V (50ns) = 5.251V -Áp dụng công thức,ta có : 8 5.10 0.04556 0 ln( ) 13.374 0 τ − − = ⇒ − − = 8.82 x 10 -8 = R.C ⇒ R = (8.82 x 10 -8 ) / (10 -6 ) = 88.2 mΩ Problem 8 Nội dung thực hiện : Mạch mô phỏng tương tự như trường hợp trên, nhưng thay Cl = 100pF 0 0 V 0 V 0 V T 1 Z 0 = 5 0 T D = 2 5 n s 0 V I N 0 V 0 V O U T V g T 1 = 0 T 2 = 0 . 0 0 1 n s T 3 = 2 0 n s T 4 = 4 0 n s T 5 = 6 0 n s V 1 = 0 V 2 = 1 0 V 3 = 1 0 V 4 = 1 0 V 5 = 1 0 0 V C 3 1 0 0 p F R g 2 5 0 0 V 0 0 Khảo sát điện áp nguồn và tải trong thời gian t = 0 : 600 ns