Thí nghiệm về quá trình quá độ trong mạch tuyến tính
MỤC LỤC
THÍ NGHIỆM VỀ HIỆN TƯỢNG MÉO VÀ SUY HAO TÍN HIỆU DỌC ĐƯỜNG TRUYỀN
Trong đó: A là sự suy hao về năng lượng của tín hiệu (dB); log là logarith thang 10; PD là năng lượng tín hiệu ở khoảng cách D từ điểm phát của đường dây (W); Ps là năng lượng tín hiệu ở điểm phát ở đường dây (W). Trong đó: VD là điện áp của tín hiệu ở khoảng cách D từ điểm phát của đường dây (V); Vs là điện áp của tín hiệu ở điểm phát ở đường dây (V). Các nhà sản xuất đường dây thường cung cấp đồ thị cho biết thông tin về sự suy hao trên đơn vị dài, , của một dây dẫn như là một hàm của tần số tín hiệu.
Các thông tin này là cần thiết bởi lẽ ở tần số càng cao thì suy hao trên đơn vị dài sẽ càng tăng lên do hiệu ứng bề mặt (skin effect). Hiệu ứng bề mặt được minh họa như hình dưới đây. Với tín hiệu một chiều hoặc tần số thấp, mật độ dòng điện tương đối đồng nhất dọc theo vật dẫn. Ở các tần số cao hơn, mật độ dòng điện có xu hướng tập trung gần phía bề mặt của vật dẫn, do đó làm tăng sự cản trở dòng điện chạy qua, và cả suy hao trên đơn vị dài. b) Các tần số bộ phận của một tín hiệu. Một tín hiệu hình sin thuần túy chỉ bao gồm một thành phần tần số duy nhất, gọi là tần số cơ bản. Tuy nhiên, các tín hiệu tuần hoàn thường bao gồm một vài thành phần tần số khác nhau chồng lên. Các thành phần này là các sóng có dạng sin nhưng với biên độ và tần số khác nhau. Chúng gồm có một thành phần cơ bản, gọi là điều hòa bậc nhất, bằng với tần số của tín hiệu, và vài tần số điều hòa bậc cao hơn. c) Méo tín hiệu Trên đường dây dài, tốc độ truyền sóng tướng ứng với tần số cơ bản và thành phần điều hòa trong tín hiệu truyền được xác định chủ yếu thông qua hằng số điện môi của vật liệu điện. Do đó, tần số cơ bản và các tần số điều hòa bậc cao của tín hiệu truyền coi như lan truyền trên đường dây với vận tốc như nhau. Thêm vào đó, nếu tần số cơ bản và điều hòa là tương đối cao, chúng sẽ bị suy hao khác nhau do sự suy hao trên đơn vị dài phụ thuốc vào tần số với trường hợp cao tần.
Một phương pháp phổ biến để đánh giá chất lượng tín hiệu trong các hệ thống truyền tin số đó là phương pháp mẫu mắt eye-pattern. Hiệu ứng bề mặt (skin effect)- Hiệu ứng bề mặt là xu hướng của dòng điện xoay chiều phân bổ nó trong dõy dẫn với mật độ dũng điện gần bề mặt dõy dẫn lớn hơn so với ở gần lừi của nú. Phương pháp mẫu mắt (eye-pattern)- Còn được gọi là sơ đồ mắt, là một màn hình hiển thị Oscilloscope trong đó tín hiệu kỹ thuật số từ bộ thu được lấy mẫu lặp lại và áp dụng cho đầu vào dọc, trong khi tốc độ dữ liệu được sử dụng để kích hoạt quét ngang.
Trên màn hình Oscilloscope, quan sát tín hiệu phát đi bởi máy phát ở đầu gửi và đầu nhận của đường dây 48m (kết hợp của TRANSMISSION LINE A và B). Phát biểu nào sau đây giải thích lý do tín hiệu nhận có hình dạng tương dối khác so với tín hiệu phát đi, như mô tả ở hình bên dưới. Các điều hòa bậc cao hơn trên tín hiệu truyền bị suy hao nhiều hơn so với tần số thấp do chúng truyền trên đường dây không tiêu tán.
Méo tín hiệu xảy ra chủ yếu do sự phân tán, một hiện tượng mà tín hiệu có cả tần số cơ bản và các tần số sinh khi lan truyền với các vận tốc khác nhau. • Méo tín hiệu của các phần tử cao tần ở tín hiệu phát làm tăng thời gian lên và xuống của tín hiệu quá độ, dẫn đến tín hiệu bị tròn góc. • Trong hệ thống đường dây dài có tốc độ cao, phương pháp phổ biến để đánh giá chất lượng tín hiệu là phương pháp mẫu mắt (eye-pattern).
THÍ NGHIỆM VỀ ĐIỆN CẢM, ĐIỆN DUNG PHÂN BỐ VÀ TỔNG TRỞ SểNG CỦA ĐƯỜNG DÂY
• Trong hệ thống đường dây dài có tốc độ cao, phương pháp phổ biến để đánh giá chất lượng tín hiệu là phương pháp mẫu mắt (eye-pattern). Phương pháp này cung cấp một màn hình giống như một con mắt, và độ rộng của khoảng mắt mở sẽ tương ứng với mức độ méo của. CÂU HỎI ÔN TẬP. Nguyên nhân gây ra suy hao ở tín hiệu truyền đi ở đường dây có tiêu tán là gì?. Hiệu ứng bề mặt gõy ra những vấn đề gỡ trờn lừi dẫn của đường dõy 3. Một tín hiệu tuần hoàn bao gồm các tần số có tính chất như thế nào 4. Tín hiệu ở điểm thu cuối của đường dây bị méo khi nào. THÍ NGHIỆM VỀ ĐIỆN CẢM, ĐIỆN DUNG PHÂN BỐ VÀ. Tổng trở đặc tính, hay còn gọi là tổng trở sóng Z0 của một đường dây là một đặc tính nội tại của đường dây. Tổng trở này được xác định bởi các đặc tính hình học và vật lý của dây, không phụ thuộc vào chiều dài của dây. Do vậy Z0 là một hằng số, bất kể đường dây là ngắn, dài, hay là vô cùng. Đặc tớnh vật lý dựng cho xỏc định Z0 là đường kớnh của lừi dẫn, khoảng cỏch tương đối giữa cỏc lừi dẫn, và loại vật liệu cách điện được dùng trong dây của đường dây dài. Các giá trị này đồng thời cũng được dùng để tính toán các thông số phân bố trên đơn vị dài của đường dây. Do đó, có một sự liên hệ giữa Z0 với các thông số phân bố trên đơn vị dài, như biểu diễn ở hính sau. b) Đo điện dung và điện cảm trên đơn vị dài của đường dây. Để đo điện dung trên đơn vị dài, ta cần đặt điện trở tương đương Thevenin tương ứng của máy phát, RTH, ở một giá trị lớn hơn nhiều so với tổng trở đặc tính của đường dây. Như vậy sẽ tạo ra sự không hòa hợp tải ở các đầu phát và thu ở đường dây, cho phép đo được hằng số thời gian ở tín hiệu đáp ứng xung.
Trong đó T bằng hằng số thời gian của mạch RC (s); RTH là điện trở tương đương Thevenin của máy phát ( ); CT là điện dung tổng của đường dây, bằng tổng của các điện dung trên một khoảng xét (F). Phương pháp dùng cho việc đo điện cảm trên đơn vị dài cũng tương tự như phương pháp sử dụng đối với điện dung trên đơn vị dài ở trên. Tuy nhiên điểm khác nhau ở đây là phần tử điện trở tương đương của máy phát, RTH, được đặt ở một giá trị nhỏ hơn nhiều so với tổng trở đặc tính của đường dây, đồng thời thì tải ở cuối được dây được đặt ở trạng thái ngắn mạch như hình bên dưới.
Điều này sẽ tạo nên một sự không hòa hợp tải ở cả đầu phát và thu của đường dây, từ đó đo được hằng số thời gian của tín hiệu đáp ứng xung. Tổng trở đặc tính (Characteristic impedance): còn gọi là tổng trở sóng, là tổng trở vào của một đường dây dài có chiều dài vô hạn. Trên tín hiệu đáp ứng xung, để ý xem sường lên của các xung tăng theo hàm mũ, bắt đầu bằng một điện áp gần 0 V tới giá trị cực đại, giống như điện áp trên tụ nạp thông qua điện trở nối tiếp như mô tả ở hình bên dưới.
Giảm thang đo thời gian của Oscilloscope xuống ụ 2às/div để quan sỏt dễ dàng hơn sườn hỡnh mũ của xung trên tín hiệu đáp ứng xung như hình bên dưới. Giảm tiếp thang ụ thời gian của Oscilloscope sang 0.1às/div như hỡnh dưới đõy, đo điện ỏp của sườn lờn ở xung tại điểm giữa của phần đầu và cuối của Rounded part trên hình. Lưu lý là hình dáng và đình của tín hiệu đáp ứng sung, hằng số thời gian có thể được xác định thông qua đo thời gian cần thiết để điện áp ban đầu giảm xuống 75% (thay vì 50% như phương pháp thông thường).
• Tổng trở sóng và các thông số trên đơn vị dài của đường dây đều có sự liên hệ đến các đặc tính về hình hoạc và vật lý của đường dây. Do vậy, giá trị của tổng trở sóng Z0 và các thông số trên đơn vị dài này đều là các hằng số, không phụ thuộc vào chiều dài đường dây. Trong trường hợp đó phương pháp đáp ứng xung có thể được dùng để đo các giá trị điện dung và điện cảm phân bố trên đơn vị dài của đường dây.