1特性阻抗
.1特性阻抗
特性阻抗也称波阻抗，是电缆的二次参数，它描述了电磁波沿均匀线路传播而没有反射时所遇到的阻抗，即线路终端匹配时，线路内任一点的电压波（U）和电流波（I）的比值。特性阻抗可以用一个复数表示，当电缆线芯的材料、直径、绝缘形式确定后，特性阻抗只随频率的变化而变化。
特性阻抗Zc为回路上任意点电压波和电流波之比并有
R、L、G、C分别为对绞回路的电阻、电感、电导、电容，虚部相位角Φ从零开始到频率f ＝800Hz时接近-45°，然后逐渐接近零。可以看出传播常数和特性阻抗Zc均与电缆的一次参数R、L、G、C有关，TIA/EIA---568---A规定5类缆的特性阻抗为100 15Ω.对于局部网布线系统来说，传输媒介具有稳定的阻抗值是很重要的，否则连接器硬件就会和电缆失配。从而引起信号反射导致传输效率下降，甚至网络无法工作。
对于高频对称电缆，由于频率增加时，集肤效应增加，使内电感减小，而外电感与频率无关，所以随频率的增加，总电感近似于外电感，
式中，r 为等效介电常数；a为绝缘线心外径；d为导体直径
由式子可以看出特性阻抗和导体类型和直径，绝缘的类型和厚度有关，在某
种程度上也与线对的绞合性能有关（因等效介电常数εr和绞合有关）。由于一般的标准中都规定了导体的直径d=24（AWG），而且从实际情况中看来，此d值也是最理想值。这样从上式看来影响特性阻抗的只有外径（外径可以看成和导线间距α相等）、组合绝缘介质的等效相对介电常数（εr）。而且，Zc正比于α和λ，反比于εr。所以只要控制好了α、λ、εr的值，也就能控制好。在实际中常用输入阻抗Zin来表述电缆的特性阻抗。其定义
式中：Z0为终端开路时的阻抗测量值；Zs为终端短路时的阻抗测量值。
3.2 回波损耗
回波损耗是数字电缆产品的一项重要指标，回波损耗合并了两种反射的影响，包括对标称阻抗（如：100Ω）的偏差以及结构影响，用于表征链路或信道的性能。它是由于电缆长度上特性阻抗的不均匀性引起的，归根到底是由于电缆结构的不均匀性所引起的。由于信号在电缆中的不同地点引起的反射，到达接收
端的信号相当于在无线信道传播中的多径效应，从而引起信号的时间扩散和频率选择性衰落，使接收端信号脉冲重叠而无法判决。信号在电缆中的多次反射也导致信号功率的衰减，导致误码率的增加，从而也限制传输速度。在生产数字缆的过程中，电缆的回波损耗指标容易出现不合格。它的表达式是
ZH为负载阻抗，ZC为波阻抗。按标准规定ZC分别为100Ω、120Ω、150Ω。减少回波损耗的方法： 1. 提高同心度
在绝缘串联生产工序，要求铜导体的直径公差在±0.002mm内，绝缘外径偏差在±0.01mm 内。同心度在96%以上，且表面光滑圆整。否则，单线在进行绞对后电缆的特性阻抗会出现超出指标要求的较大峰值。
2. 采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术并配合使用十字型塑料骨架
采用一定比例的“预扭”或“退扭”技术可消除绝缘单线偏心对特性阻抗的影响，同时可降低绝缘单线同心度的要求。而采用十字型塑料骨架，可保持电缆结构的稳定性，使单线不均匀造成的特性阻抗的变化变得平滑，使其近端串音和回波损耗在高频时的性能相当好。
3. 采用粘连线对技术
粘连线对技术工艺指的是采用两台挤塑机、一个机头共挤，将同一线对的两根绝缘芯线同步挤出将其粘结在一起。绞对线间粘连后，可确保绞对线结构的稳定性，保持线对两根导线中心距(S)的稳定来提高线对阻抗均匀性，从而提高回波损耗指标；也可避免绝缘导体经弯曲扭绞后导体发生散芯而影响电缆的回波损耗指标。
3.3 结构回波损耗
结构回波损耗的表达式是：
式中，Zm为拟合阻抗。由此定义可见，SRL实质是描述Zin围绕Zm波动大小的一个指标。引起Zin波动的原因是电缆部件存在着突发性或周期性的结构偏差或缺陷，如绝缘外径波动、导体直径波动、绞对时绝缘单线在节点处周期性压伤、绝缘发泡不均匀、绝缘偏心时绞对过程因单线的自转造成两导体中心距s呈周期性的正（余）弦函数波动等。其中周期性的结构偏差或缺陷对SRL危害最大。由于输入阻抗与制造过程中的诸多随机缺陷有着极为直接的关系，而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联，相互影响，错综复杂，因而难以分析输人阻抗与某个缺陷的定量关系。但通过长期的生产实践得知，生产过程中随机缺陷较小而造成的阻抗波动很小时，SRL曲线上只出现小的尖峰。极轻微的周期性结构不均匀造成的影响与其它缺陷造成的影响迭加一起，最终也会呈现出随机
性的波动，这与同轴缆的情况有所不同。当较严重的周期性不均匀缺陷时，且相邻点间的距离等于电缆传输信号波长的一半时，在此频率点及其整数倍频率点上将出现显著的尖峰，即有以下关系：
3.4 衰减
采用utp结构的电缆，最重要的电气参数是衰减与近端串音衰减。衰减与近端串音衰减是决定局域网设计优劣和电缆长度的主要因素。衰减是决定局域网设计和电缆可以做多长的主要因素，近端串音则是线路传输可靠的一项重要指标。衰减值由以下三部分组成：
α=α1＋α2＋α3
式中，α1金属衰减。主要由线对中两根导线因高频电阻产生的衰减和对周围金属（导线和屏蔽）反射电磁波而产生的衰减组成；介质衰减α2与介质的损耗、工作频率和工作电容有关，其值近似与频率成正比；阻抗不均匀时波反射引起的附加衰减α3是由于阻抗不均匀造成波的反射，减小了波向前传输的量，造成终端信号的减弱，其等效于有以附加的“衰减”，这是造成衰减曲线在高频下出现“波纹”的主要原因。这种“波纹”可能导致个别频率点上衰减不合格。
传输线的衰减常数式中R、C、L、G分别电缆的一次参数的电阻、电容、电感和电导。进一步计算可得：
式中，D 为绝缘等效介电常数；f为工作频率（MHz）；d为导体直径（mm）；KD为衰减的绞线系数；a为对绞线两导体间的中心距（mm）；tgδD为绝缘材料等
效介质损耗角正切。
从上式中可以看出：
(1) 对称电缆衰减由导体损耗和介质损耗构成。导体和绝缘几何尺寸及类型是影响数据电缆衰减的主要因素，其衰减与使用频率，介质的介电常数及介质损耗成正比关系，选用低介电常数，低介质损耗的绝缘材料，合理选择绝缘和导体几何尺寸，都可以降低电缆的衰减，另外对绞节距的过于偏小也会因导体有效长度的增加而导致损耗增加，因此应合理地选择对绞节距。
(2) 导体的损耗随着频率的平方根而增加，介质的损耗即与频率成正比。频率越高，介质衰减值越大，六类缆使用频率为250MHz，所以选用具有低介质损耗角正切的绝缘材料至关重要。
(3) 绝缘厚度的增加可以降低衰减，但同时也会使阻抗增大，回路会产生阻抗不匹配，影响传输质量。因此应在阻抗允许范围内增加绝缘厚度以达到降低衰
减的目的，另外产品成本也会因此而增加，因此应全盘考虑，但更重要的是保证电缆结构尺寸的稳定性和均匀性。
3.5 串音
电磁波从一个传输回路串到另一个传输回路的现象称为串音。串音包括近端串音衰减和远端串音衰减。能量从主串回路传入被串回路的衰减称为串音衰减。此值越大，性能越好。以六类缆为例，有关标准规定六类缆的近端串音衰减（NEXT）和远端串音衰减(EL FEXT)为：flg153.74NEXT ＝ lg2068FEXT ELf
式中，f为传输频率（MHz），以上两式的的用运范围是1～250 MHz。从两式可以看出电缆的近端串音衰减和远端串音衰减随频率的增大而减小。串音主要来自线对间的电磁耦合，降低串音主要是降低线对间的电容不平衡。绝缘线芯的结构均匀性和对称性是提高NEXT和EL FEXT的基础，合理的绞对节距设计是提高串音防卫度的有力措施，六类缆的对绞节距应在10～30mm之间。且线对之间节距差，越大越好。但太大的节距差又有损于时延差的减小，因为时延是决定六类缆使用距离的关键参数，时延越大使用距离越短，而减小时延差的措施是适当减小线对节距差，因此必须合理、均衡选择线对之间对绞节距差。降低串音也可以采用线对屏蔽，通过线对屏蔽减少串音是最有效的方法，因为屏蔽可以有效地减少电磁感应在年点之间造成的影响，从而达到有效控制串音的面的，对于屏蔽效果好与差通常由屏蔽材料的厚度和重叠决定。由于传输高频信号时导体会发生集肤效应，频率越高，集肤效应越严重，尤其在5MHz以上时屏蔽效果会降低，甚至失效。因此必须按照最低使用频率来设计和计算屏蔽层的厚度。重叠率是为了减少屏蔽材料接口位置的电磁泄漏，通常要求重叠率达到25％以上。7类缆的生产就是采用了线对屏蔽的方式，来达到改善串音的目的。降低串音还可以对成缆做好设计，因为成缆节距对串音的影响是通过其影响对绞节距而产生的。因为目前用于通信电缆的设备大多是非退扭设备，因此不同的成缆节距对同一线对将产生不同的绞入率，而绞入率的变化将会改变成缆后各对绞节距的大小，所有在设计时，成缆节距于对绞节距合理的搭配也是改善串音问题的重要方减的目的，另外产品成本也会因此而增加，因此应全盘考虑，但更重要的是保证电缆结构尺寸的稳定性和均匀性。
电缆结构设计是把线材各组成部分参数书面化.在设计过程中,主要是根据线材的有关标准,结合本厂的生产能力,尽量满足客户要求.并把结果以书面形式表达出来,为生产提供依据.
物料用量计算是根据设计线材时选用的材料及结构参数,计算出各种材料的用量,为会计部计算成本及仓储发料提供依据. 导体部分有关设计与计算: 导体在结构上有实心及绞线两种,而其成份方面有纯金属.合金.镀层及漆包线等.在设计过程中,对于不同的线材选用这些导体材料时,基于下面几个方面: 1.线材的使用场所及后序加工方式. 2.导体材料的性能:导电率,耐热性.抗张强度.加工性.弹性系数等.
1.导体绞合节距设计: 绞线中绞合节距大小一般根据绞合导体线规选取(主要针对UL 电子线系列, 电源线,UL444系列,CSA TR-4系列对导体的节距有要求,需根据标准设计),有时为了改善某种性能可选其它的节距.如通信线材为了降衰减选用小节距,为了提供好的弯曲性能选用较小的节距.下面的节距表选择表是针对UL电子线.
美制线规对应截面积及绞线节距
美制线规标称截面积最小截面积节距
30 0.0507 0.0497 6~8
28 0.0804 0.0790 9~11
26 0.1280 0.1260 11~13
24 0.2050 0.1990 14~16
22 0.3240 0.3140 16~19
20 0.5190 0.5090 21~24
18 0.8230 0.8070 27~32
16 1.3100 1.2700 32~38
14 2.0800 2.0200 39~47
2.多根绞合导体绞合外径计算: 导体绞合采用束绞方式进行,绞合外径采用下面两种方法计算: 方法1: 方法2: d----单根导体的直径D---绞合后绞合导体外径N---导体根数上述两种方法中,方法2比较适合束绞方式导体绞合外径计算：
3.导体用量计算: 1.单根导体2.绞合导体d----单根导体直径ρ—导体密度N---导体绞合根数λ---导体绞入系数注:用量计算为单芯时导体用量,当多芯时须考虑芯线绞合时的绞入系数.
4.导体防氧化. 为防止导体氧化, 可在导体绞合时, 加BAT或DOP油（如电源线，透明线）。
押出部分有关的设计与计算: 押出部分包括绝缘押出.内被押出及外被押出,在押出过
程中,因对线材要求不同采用押出方式不同.一般情况下,绝缘押出采用挤压式,内护层与外护层采用半挤管式.有时为了满足性能要求采用挤管式.其具体选择方法,参照押出技术. 1.押出料的选择: 设计过程中押出料的选择主要根据胶料的用途、耐温等级、光泽性、软硬度、可塑剂耐迁移性、无毒性能等来选择. 2.押出外径: D2=D+2*T D------押出前外径D2----押出后外径T------押出厚度押出厚度(T)主要根据线材有关标准,结合厂内设备生产能力尽量满足客户要求. 3.胶料用量: 采用不同的押出方式,押出胶料用量计算公式也有不同. 挤管式挤压式W=(S成品截面-S缆芯内容物)*ρρ-----胶料密度. 考虑到线材的公差, 现期线缆企业一般采用下面计算方法. W=3,14159*1.05*T*(2*D+T)* ρ
芯线绞合有关设计与计算: 芯线绞合国内称为成缆，是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的过程称芯线绞合。其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。因为芯线在绞合过程中有弯曲变形,有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEEE1394、DVI芯线及其它高发泡绝缘芯线。
一般绞合节距取绞合外径的15~20倍.有时为了改善线材性能,可选择合适的节距.如为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距.USB电缆为了减小芯线变形,采用大节距.
1. 有关绞合中的基圆直径.节圆直径.绞合外径基圆直径:对于某一绞线层,绞线前芯
线直径称基圆直径. 节圆直径:单线绞合在直径为D0的圆柱体上,以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆,其直径为节圆直径. 绞合外径:该层绞线的外接圆直径为绞线外径. 图中对于第三层绞合: 基圆直径为D0(即第二层(1+6)绞合的绞合外径) 节圆直径为D’ D’=D0+d 绞合外径为D D=D’+d
2.绞入系数: 芯线绞合的绞入系数为1+(圆周率X绞合外径/绞合节距)的二次方. D----绞合外径. H----绞合节距. 在绞线过程中,对于多芯并芯线分层的情况,虽然为束绞,各层芯线绞入系数并不相同.为了保守起见,增大安全系数,并且减化计算,所以在上述绞入系数的计算中D采用芯线绞合的绞合外径(理论上,各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算).
斜包有关的设计与计算斜包在线材中主要起屏蔽作用，有时作为同轴电缆的外导体。屏蔽目的是将外界干挠消除，对于同轴电缆，由于有屏蔽层而使阻抗得以匹配,降低信号或传输能量之损失。从屏蔽效果来讲，斜包不如编织，其屏蔽效果具有方向性，弯曲时屏蔽特性发生变化但其具有完成外径小、线材柔软、价格也比较低特点。适用于低频屏蔽。以下从几个方面叙述斜包结构设计:
1.斜包的铜线根数近似计算: 整数部分D-----斜包前外径. d------斜包铜线的直径. 如果是二、三芯绞合，绞合后不圆整，D(斜包前)外径为等效外径。此设计中的D斜包前外径，相当绞线中基圆直径。从理论计算上讲,要达到100%斜包D应采用节圆直径，但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满(容易起股)。所以D采用斜包前外径(基圆直径)。在实际生产中，因斜包铜丝一般为0.10mm、0.12mm的细线，其值在上述计算中忽略影响不大。采用上面公式计算，其斜包满度可达90%以上，对线材的性能影响很少。
2.斜包节距的选择: 斜包节距根据斜包前外径大小选择，一般按下面优化节距选取(此优化节距考虑到成本、附着力、外观等方面，并通过长时间生产验证)。成品外径斜包节距d<1.0mm 15.5mm左右1.0<=d<1.2mm 18mm左右1.2<=d<2.0mm 22mm左右2.0<=d<2.2mm 25mm 左右2.2<=d<2.4mm 27mm左右2.4<=d<
3.0mm 32mm左右3.0<=d<3.5mm 36mm左右
3.绞入系数: 斜包的绞入系数为1+(圆周率X斜包后外径/斜包节距)的二次方. D----斜包后外径. H----斜包节距.
4.斜包铜线的用量: d----斜包导体直径ρ—斜包导体密度N----斜包导体根数λ---斜包导体绞入系数
5.斜包方向选择. 斜包一般采用与成缆的反方向：斜包线材生产过程中，斜包铜丝与斜包前线材转动方向相反，如果斜包方向与成缆方向相同时，斜包过程中会先把成缆线材先反扭，使线材松散，以致斜包易出现不良。不过采用反方向斜包线材相对较硬，弯曲性能差。对于那些成缆芯线少,芯线线径较大，没有隔离层的线材只能采用与成缆反方向。
6.斜包线材外被押出: 斜包线材在外被押出前需通过倒轴，防止断丝在过押出眼模时引起断线
编织有关的设计与计算编织与斜包相似，在线材中主要起屏蔽作用，防止外界电场与磁埸的影响，提高线材的干挠防卫度，与斜包、铝箔相比具有以下特点：
1.屏蔽无方向性.
2.高频屏蔽特性良好,适用于高频屏蔽.
3.通过多层屏蔽,屏蔽效果可达100%.
4.弯曲时屏蔽特性无变化.
5.编织有关的计算公式: 编织角正切: 编织系数: 编织密度: 编织用量: h-----编织节距. d-----编织单线直径. a-----编织半绽子数. n----编织并线根数. α—编织角
6.编织各参数的确定:
1.根据缆芯外径大小，及编织密度大小选定编织机类型(16锭或24锭高低速编织机)
2.选定适应编织机的编织单根铜线(镀锡或裸铜线Φ0.08mm,Φ0.10mm, Φ.12mm)。
3.密度M.编织角度α.节距H的确定. 注:每锭中的根数应在3-9根的范围内，因为根数少编织易断线，而根数太多使得编织层同层内的铜线重叠，编织角度通常在50-70的范围内，为提高生产效率则编织角度去接近70的值，由上述公式预算各参数，采用凑算法确定的适当的编织根数、编织角度、编织节距、编织密度。计算部分中的编织计算便是采用上述公式，采用枚举法计算得出
其它结构设计与计算: 在线缆设计中，有时为了改善线材质量需加入其它的材料。为了使线材圆整，在芯线绞合时加入填充物；为了防止导体氧化在导体绞合时表面涂B.T.A为了改善线材附着力绝缘押出时在导体表面涂DOP或硅油，外被押出时在芯线表面拖滑石粉或云母粉。下面根据其作用不同分类叙述: 1.填充物设计与计算: 填充物主要有棉纱线和PP绳，设计时主要根据填充空隙大小、线材性能要求及材使用场所，选择填充棉纱、PP绳或其它。填充物根数计算N=(S空隙/S单根填物)整数部分填充物用量W=单根重量*N*λλ-----为芯线绞合的绞入系数. 2.隔离层的设计与计算: 隔离材料的选择：纸带在线材中只起分隔作用；铝箔在线材中有分隔作用与屏蔽作用。当线材只需分隔开时，选用纸带；否则选用铝箔。
有时在一些高性能的通信线中隔离层采用无纺布或发泡PP带(如SISC) 工艺方式在分隔层的制造过程中,为了节约工时,可根据情况采用绕包.拖包.纵包三种不同方式.(注绕包.拖包时角度α=40-60;纵包时角度α=90). 物料用量n-----为隔离层数. t-----为隔离带厚度. ρ---为隔离材料密度. k-----为隔离带重叠率. 3.有关的绞入率计算: m-----为节径比. h------为节距. d------线材的绞合外径. 说明1:上面的绞入系数计算都为一个工序的计算,在实际计算物量时,应考虑整个个生产过程,所以总的绞入系数可能为多个工序的绞入系数的乘积. 说明2: 设计计算时应取节距范围的下限值,以在定额中争取最大之绞入系数(而生产中采用接近最大之节距值,则既利于提高效率,又可减低正常生产中的材料消耗). 电气性能计算部分随当代电气通信事业的飞速发展，传输信号用的电线电缆电气性能要求也越来越高，所以在通信线材结构设计时，线材的电气性能应为重点考虑对象，下面部分主要介绍常用的通信线材基本的电气性能理论计算方法：
发泡绝缘的等效介电常数的计算公式: 发泡绝缘是一种组合绝缘，主要是为了降低绝缘介质的等效介电常数，提高线材的电气性能。发泡绝缘介质的等效介电常数介于空气绝缘与塑料绝缘的介电常数之间，在设计的过程中可采用下面两种方法对发泡绝缘介质的等效介电常数进行计算。方法(1): ε-介质的材料的等效介电常数P-发泡度%,它表示泡沫介质内,所有小气泡的体积与绝缘总体积之比. 方法(2): D泡沫-----泡沫介质的比重D材料-----介质材料本身的比重εe----- 实心绝缘的介电常数ε------ 发泡绝缘的介电常数对称电缆的结构计算: 对称通信电缆是由许多绝缘线芯，经绞合成电缆芯后再包以护层所组成，电缆一对或多对具有相同外径及相同结构的两根绝缘线芯对地对称的排列，因此称为对称电缆。对称电缆的导电线芯是用来引导电磁波传输方向的，因此首先要求导电性能好，要有良好的柔软性和足够的机械强度，同时也应考虑其加工，敷设及使用上的方便。
下面分一次传输参数与二次传输参数来叙述对称电缆的主要电气性能：1.一次传输参数R.L.C.G称为电缆线路的一次传输参数：这些参数与传输电磁波的电压和电流的大小无关，而与电缆的材料结构及电流的频率有关：
1.1有效电阻. 有效电阻就是当交流流过对称回路时的电阻,包括直流电阻和由通过交流而引起的附加电阻. R有=R直+R交R交=R邻+R集+R金λ----总的绞入系数ρ----导电线芯的电阻率欧姆*平方毫米/米l------电缆长度米s------导电线芯的截面积平方毫米
d-----导电线芯的直径毫米a-----回路两导体中心间距离毫米K------为涡流系数
u------为磁导率ζ----为电导率有关H(X) F(X) G(X) K的计算详见通信电缆50页
1.2对称电缆的电感当回路通以交流电后,则在回路的导电线芯中和回路周围产生磁通,在导电线芯内的称为内磁通,在导电线芯外的称为外磁通.而电感为磁通与引起磁通的电流之比,所以相应于内磁通与外磁通有内电感L内与外电感L外,总电感为L=L内+L外.当对称电路有屏蔽层时,对称电缆屏蔽回路,除了有电感L内与电感L外,还有屏蔽体给传输回路带来的附加电感. 1.
2.1.无屏蔽: (H/Km) λ----总的绞入系数d-----导电线芯的直径毫米a-----回路两导体中心间距离毫米K------为涡流系数u------为磁导率ζ----为电导率有关Q(X)的计算详见通信电缆54页1.2.2.有屏蔽: (H/Km) λ----总的绞入系数d-----导电线芯的直径毫米a-----回路两导体中心间距离毫米K------为涡流系数u------为磁导率ζ----为电导率有关Q(X)的计算详见通信电缆54页.
1.3对称电缆的电容电缆回的电容与一般电容器的电容相似.两根导电线芯相当于两个电极,导电线芯间的绝缘相当于电容器极板间的介质. 当回路两导电线芯带有等量异性电荷时,此电荷的电量Q与两导电线芯间的电位差U之比,为该回路的电容,即C=U/Q. 对称电缆回路的电容是比较复杂的,因为电缆中往往包括很多线对,而且外面又有屏蔽层或金属套,所有任何相邻的线芯间或线芯与屏蔽层.金属套都会有电容的存在.回路间的电容指各部分之和. 对称电缆回路的电容有两种: 工作电容和部分电容.一次传输参数中的电容指工作电
容(工作电容为部分电容所组成). 无屏蔽对称电缆(UTP)的电容可按下式计算﹕F/m 适用于两导体相互平行，并且周围无其它线对的理想情况. a-两导体的中心距(mm) d-中心导体的直径(mm) εe-绝缘材料的等效介电常数对于多对结构的对称电缆，应考虑线对绞合的影响以及邻近线对等因素, 其电容计算公式为﹕F/m λ----绞合系数φ----校正系数,考虑邻近线对或线对屏蔽层对于电容的影响. 校正系数φ与各结构参数之间的关系. 屏蔽对绞组无屏蔽对绞组a----对称电缆导体的中心距DS----屏蔽层内径(mm) d2-----对绞后的外径(mm) d1-----绝缘芯线的外径(mm)
1.4.对称电缆的绝缘电导. 绝缘电导G这个参数说明电缆线芯绝缘层的质量和电磁能在线芯绝缘中的损耗情况.绝缘电导是由绝缘介质的特性决定的,也就是由绝缘介质的体积绝缘电阻系数和介质损耗角正切来决定的.绝缘电导G是由直流绝缘电导G0和交流电导G~组合的.计算公式如下: G=G0+G~ G~, =ω*Ctg(δ) G0------直流损耗G~------交流损耗ω
------电流频率C-------工作电容tg(δ)---介质损耗角正切2.二次传输参数二次传输参数是用以表征传输线的特性的参数,它包括特性阻抗ZC,衰减常数α,及相移常数.
2.1特性阻抗特性阻抗是电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗,其值仅与线路的一次传输参数和电流的频率有关,而与线路的长度无关,也与传输电压及电流的大小及负栽阻抗无关: 无屏蔽对称电缆(UTP)﹕欧欧屏蔽对称电缆(STP)﹕欧欧当对称电缆的中心导体是绞线结构，屏蔽为编织时,公式为﹕欧K3为编织影响的经验修正系数,取值为0.98~0.99 K1为导体修正系数,导体结构修正系数K!与导体根数之间的关系: 绞线内导体的导线根数N 1 3 7 12 19 内导体结构的修正系数K1 1.000 0.871 0.939 0.957 0.970 绞线内导体的导线根数N 27 37 50 70 90 内导体结构的修正系数K1 0.976 0.980 0.983 0.986 0.988 2.2衰减: 衰减是射频电缆的最重要的参数之一,它反映了电磁能量沿电缆传输时损耗的大小.电缆的衰减表示电缆在行波状态下工作时传输功率或电压的损耗程度. 对称电缆在射频下的衰减可按高频简化公式如下计算:
2.2.无屏蔽对称电缆和有屏蔽对称电缆: f-----频率de---绞合导体的电气等效直径
d----绞合导体外径Ds--屏蔽内径a-----对称电缆导体的中心距εe--绝缘的等效介电常数tg(δ)---绝缘的等效介质损耗角正切Kp1-----导体的射频电阻系数见射频电缆结构设计中表4.5 Kp2-----屏蔽的射频电阻系数见射频电缆结构设计中表4.5 Ks-------绞线导体的电阻系数1.25 KB------编织屏蔽的电阻系数2.0 K3------编织对阻抗影响的系数
0.98~0.99
同轴电缆的电气参数计算: 同轴电缆的一个回路是同轴对,它是对地不对称的.在金属
圆管(称为外导体)内配置另一圆形导体(称为内导体),用绝缘介质使两者相互绝缘并保持轴心重合,这样所构成的线对称同轴对。同轴电缆可用于开通多路栽波通信或传输电视节目,也可用同轴电缆传输高数码的数据信息(如UL2919屏幕线) 1.一次传输参数: 同轴电缆的一次传输参数主要随电流的频率及电缆结构尺寸D/d变化而变化. (1).有效电阻,随频率的增大而增大.而与内外导体直径比没直接的关系. (2).电感随频率的增大而减小,随内外导体直径比增大而增大. (3).电容与频率无关,随直径比的增大而减小. (4).电导与频率基本上成正比,随直径的增大而减小. 具体计算公式如下:
1.1.有效电阻: 同轴电缆的有效电阻包括内导体的有效电阻及外导体的有效电阻,当内外导体都是铜导体时,总的有效电阻为: (欧姆/公里)
1.2有效电感: 同轴回路的电感由内.外导体的内电感和内外导体之间的外电感组成,当内外导体都是铜时,回路的电感为: (亨/公里)
1.3同轴电缆电容﹕同于同轴电缆无外部电场,所以同轴对的工作电容就等于同轴对内外导体间的部分电容,电容计算可按圆柱形电容器的电容公式来计算: Dw-外导体结构的修
正系数(理想外导体Dw=0,非理想外导体Dw=编织外导体中的单线直径) K1-内导体结构的修正系数, D1-同轴线外导体内径(mm)
1.4绝缘电导: 同轴对的绝缘导体G由两部分组成: 一是由绝缘介质极化作用引起的交流电导G~,另一个部分是由于绝缘不完善而引起的直流电导G0: G=G0+G~ G~=ωCtg(δ)
G0------直流损耗G~------交流损耗ω------电流频率C-------工作电容tg(δ)---介质
损耗角正切2.二次传输参数: 二次传输参数是用以表征传输线的特性参数,它包括特性阻
抗ZC,衰减常数α,及相移常数.
2.1.同轴电缆特性阻抗﹕2.1.1.对于斜包,铝箔纵包可近似看作是理想外导体,计算如下: 2.1.2.编织外导体,绞线内导体计算如下: D---外导体外径d----内导体外径Dw---编织导体直径K1----导体结构修正系数
2.2同轴电缆衰减的计算公式: αR-导体电阻损耗引起的衰减分量,导体衰减(电阻衰减) 当内外导体都为圆柱形导体时: db/km 当内导体是绞线,外导体是编织时: db/km D.d----
外导体内径.内导体外径K1-----导体结构修正系数ε-----绝缘介电常数KS-----绞线引起射苹电缆电阻增大的系数,KS=1.25 KB-----编织引起射苹电缆电阻增大的系数Dw----编织
外导体中的单线直径KP1,KP2-分别表示内,外导体与标准软铜不同时引起射频电阻增大或
减小的系数. 编织系数KB还可用如下计算方法求出: m----为编织的锭数n-----为每锭编织线中的导线根数β-----为编织角(编织导线的方向与电缆轴线方向之间的夹角) αG----介质损耗而引起的衰减分量,称为介质衰减(电导衰减) tgζe----等效介质损耗角正切ε
e-------等效介电常数
2.3延时﹕延时是指信号沿电缆传输时,其单位长度上的延迟时间. 同轴电缆的延时与电缆尺寸无关,仅仅取决于介质的介电常数. 秒/米V-----信号在电缆中的传播速度εe----等效介电常数
PCB阻抗值因素与计算方法
PCB阻抗设计及计算简介
特性阻抗的定义 ?何谓特性阻抗（Characteristic Impedance ，Z0） ?电子设备传输信号线中，其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等，已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。 ?阻抗在显示电子电路，元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为：一装置或电路在提供某特定频率的交流电(AC)时所遭遇的总阻力. ?简单的说，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
设计阻抗的目的 ?随着信号传送速度迅猛的提高和高频电路的广泛应用，对印刷电路板也提出了更高的要求。印刷电路板提供的电路性能必须能够使信号在传输过程中不发生反射现象，信号保持完整，降低传输损耗，起到匹配阻抗的作用，这样才能得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。?阻抗匹配在高频设计中是很重要的，阻抗匹配与否关系到信号的质量优劣。而阻抗匹配的目的主要在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点，不会有信号反射回源点。
?因此，在有高频信号传输的PCB板中，特性阻抗的控制是尤为重要的。 ?当选定板材类型和完成高频线路或高速数字线路的PCB 设计之后，则特性阻抗值已确定，但是真正要做到预计的特性阻抗或实际控制在预计的特性阻抗值的围，只有通过PCB生产加工过程的管理与控制才能达到。
?从PCB制造的角度来讲，影响阻抗和关键因素主要有： –线宽（w） –线距（s）、 –线厚（t）、 –介质厚度（h） –介质常数（Dk） εr相对电容率(原俗称Dk介质常数)，白容生对此有研究和专门诠释。 注：其实阻焊也对阻抗有影响，只是由于阻焊层贴在介质上，导致介电常数增大，将此归于介电常数的影响，阻抗值会相 应减少4%
生物阻抗特性及测量的国内外现状
姓名：袁亚南学号：0743032052 班级：07303042 生物阻抗特性及测量的国内外现状 生物阻抗： 人类很早就了解到生物的电阻特性，也给出了生物体产生电阻的原因：它是当细胞内外液中电解质离子在电场中移动时，黏滞介质和狭小管道对离子运动的阻碍作用所致。进一步的研究表明，当低频电流通过时，生物结构具有更为复杂的电阻性质，可分解为不随时间变化的分量和随时间变化的分量。前者就是普通的直流电阻成分，在一定限度内阻值保持不变，电流与电压呈线性关系，起变阻器作用；后者随外加电压时间的延长，电流和电压的变化呈非线性变化，即具有交流电阻抗特性（或成分），起滤波器的作用。目前，这两种作用是解释神经和肌肉等组织兴奋和冲动的基础。 在描述物质的电阻特性时，有两个重要的概念：一是电阻率；二是电导率。它们之间互为倒数，都是表示物质导电性能的物理量。表5.1中列出了一些生物组织的电阻率和电导率。可以看出，人体内各种组织的电阻率极不相同，血清电阻率最低，肌肉次之，肝、脑等组织的电阻率稍高，脂肪和骨骸的电阻率最高，肿瘤组织与正常组织亦有差别，在身体内这些组织交叉组合形成了非均质导体。 生物膜具有电容特性，有关研究表明，生物膜不但具有静态电容性质，而且还具有极化电容性质，即当外加交流电时，生物膜的电容率不仅变化，
膜的电容值也要发生变化。 有关细胞的许多电特性研究表明，一般活细胞表面带有负电荷，细胞内部电场为零，内部为等势区，只是在细胞膜上存在电场，因此细胞膜可以看作是一个电容器。 1925-1927年，H ·弗里克用阻抗法测出狗的红电球细胞单位面积的电容值为0.81μF ·cm -2，根据实验结果，弗里克提出了他的假设，认为多数类型细胞膜为一球形膜，膜是由双分子层脂类分子组成，其相对电容率为εr =3。根据球形电容器公式可知，膜单位面积的电容公式为 d C r m εε0= 通过上式可得细胞膜的厚度为d ≈3nm 。而现代测量手段（如X 射线和电镜等）测出的各种细胞膜厚度为7～10.5nm ，结果不相吻合，这说明弗里克假设的细胞膜结构存在缺陷。 更新的研究表明，细胞膜的结构除双分子层脂膜外，在其两侧各覆盖一层蛋白质层，形成蛋白质-脂类物-蛋白质的三重结构，如图5.2所示，它的相对电容率为εr ≈10。如果将此值代入式（5.4），得到的细胞膜厚度为d ≈10nm ，与现代技术所测结果吻合得极好，说明了膜电容存在的真实性。 对于细胞膜和细胞质而言，细胞膜既存在电容，又存在电阻；而细胞质 只存在电阻。表5.2列出了一些细胞的电学参量。 在现代生物学中，对于生物器官、组织及细胞 电阻抗的研究有着非常重要的理论价值。例如，由 细胞膜电容值的测定，人们认识了膜的双分子层结 构；从肌肉细胞膜的高电容（1.5μF ·cm -2）特性导 出了肌肉细胞膜的折叠性质；通过测定神经细胞受 刺激后阻抗下降、电导率增加规律，为人类对神经 兴奋、传导和自发过程的认识提供了理论基础。另外，通过生物电阻抗的测定，在医学上可以诊断机体的健康状况。 ②r m 为单位面积膜电阻（ω·cm 2），r i 为单位面积细胞质电阻（ω·cm 2）；③ω
PCB阻抗计算方法
阻抗计算说明 Rev0.0 heroedit@https://www.360docs.net/doc/7311739106.html, z给初学者的 一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义 z传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解
定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) ε μ=EH Z 特性阻抗与波阻抗之间关系可从 此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. z 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8层板(4层power/ground 以及4层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为 L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz, 对
特征阻抗
一、50ohm特征阻抗 终端电阻的应用场合：时钟，数据，地址线的终端串联，差分数据线终端并联等。 终端电阻示图 B.终端电阻的作用： 1、阻抗匹配，匹配信号源和传输线之间的阻抗，极少反射，避免振荡。 2、减少噪声，降低辐射，防止过冲。在串联应用情况下，串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器，消弱信号边沿的陡峭程度，防止过冲。 C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。 D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响，加30PF的电容. E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时，更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。 高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送，使用特性阻抗为Zo＝150Ω、75Ω的同轴电缆。 同轴电缆的特性阻抗Zo，由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er 决定：
另外，处理分布常数电路时，用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算，如忽略损耗电阻，则 图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。这里研究随着终端电阻RT的值，传送线路的阻抗如何变化。 图1 同轴传送线路的终端电阻构成 只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗FT的值相等时，即ZIN＝Zo＝RT称为阻抗匹配。 Zo≠RT时随着频率f，ZIN变化。作为一个极端的例子，当RT＝0、RT＝∞时可理解其性质(阻抗以，λ/4为周期起伏波动)。 图2是RT＝50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。当Zo≠RT时由于随着频率，特性阻抗会变化，所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.
传输线特性阻抗基知识
什么叫传输线的特性阻抗？传输线特性阻抗基知识 传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟， 在这里，我们主要讨论特性阻 抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传 输线的分布参数通常用单位长度的电感 L 和单位长度的电容C 以及单位长度上 的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。 分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数， 给定某一种传输线，这些参 数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输 线的一系列重要特性。 一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下： 传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示: 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就 是微分线段的特性阻抗。 卄联原抗为： Z F = ------- --------- - =— i(G + joe) 传输线可等效为: IR IL U_ IR IR IL iR IL 半耻用比巧： 乙、iR + jE)
Z E,￥=Z Z Z O Zc + Zr 叭鬲■独返 呼4阳粽 內为1是懒井14*F J9（可 产5 =卩5=爲 G + j 肚 |G + Jex 皆赖宰址骼窩时＜f^lOOKHZ）. 3=2n監掘借損女.3. uefg±. R、G可黑略.L 中单懂怅度线的固打电臥住为肛拉忙度蜒的H有电皐此的 当墓車迥惟艸rf^lKHZh 肛2卫片櫃水.可以耐.此时 Z0就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。 传输线分类 当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。 单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。 心J 4 电路窗化 m —
特性阻抗计算公式推导过程
特性阻抗计算公式推导过程 王国海 以下内容供参考。 1．传输线模型 2 符号说明 R L G C 分布式电阻电感电导电容 3 计算过程 (1) u(△z)-u=-R*?z*i-L*△z*?i ?t i(△z)- i=-G*△z*u(△z)?c?△z??u (2) ?t (1)(2) 两边同除以△z，得到电报公式
?u ?z +Ri+L ?i ?t =0 (3) ?i ?z +Gu+C ?u ?t =0 (4) u(z,t)=U(z)e jωt (5) i(z,t)=I(z)e jωt (6) 由（5）（6） 计算得道下列公式 ?u(z,t)?z =dU(z)dz e jωt （7） ?u(z,t)?t =U(z) e jωt jω （8） ?i(z,t)?z =dI(z)dz e jωt （9） ?i(z,t)?t =I(z) e jωt jω （10） 将（7）（8） （9） （10） 代入公式（3） dU(z)dz e jωt +Ri+L I(z) e jωt jω=0，i 用公式（6）代入， dU(z)dz e jωt +R I(z)e jωt +L I(z) e jωt jω=0 化简得到： dU(z)dz =-（R+ jωL)I(z) (11) 同理7）（8） （9） （10）代入（4）可得 dI(z)dz =-（G+ jωC)U(z) (12) 由（11）（12） 得到 dU(z)dI(z)=（R+ jωL)I(z) （G+ jωC)U(z) (13) 交叉相乘， （G + jωC)U(z) dU(z)= （R + jωL)I(z)dI(z) 两边积分， ∫（G + jωC)U(z) dU(z)=∫（R + jωL)I(z)dI(z) 12（G + jωC)U(z)2=12（R + jωL)I(z)2 U(z)2I(z)2=（R+ jωL)(G+ jωC) 两边开根号 Z=U/I=√（R+ jωL)(G+ jωC) 假定R=0，G=0 （无损）得到特性阻抗近似公式 Z=√L C
阻抗特性
https://www.360docs.net/doc/7311739106.html,微机继电保护仪 阻抗特性 本测试模块主要是针对距离保护的动作特性，搜索其阻抗动作边界。可以搜索出圆特性、多边形特性、弧形以及直线等各种特性的阻抗动作边界。本测试模块提供了“单向搜索”和“双向搜索”两种不同的搜索方式。如下图所示： ●可搜索圆、多变形，及其它阻抗特性图 ●依提示设定定参数，由软件能画出大概的图形，方便与搜索的图形对照 第一节界面说明 测试项目 每次试验只能选择“阻抗边界搜索”、“Z（Ｉ）特性曲线”或“Z（V）特性曲线”中的一个项目进行试验。 ●故障类型提供了各种故障类型，用于测试各种类型距离保护。对接地型距离继电器应选择单相接地故障，对相间型距离保护，应选择相间故障。 ●计算模型有“电流不变”和“电压不变”两种计算模型。选择“电流不变”时，在下面的方框内可以设置短路电流，软件根据短路电流和短路阻抗计算出相应的短路电压；选择“电压不变”时，在下面的方框内可以设置短路电压，软件根据短路电压和短路阻抗计算出相应的短路电流。 ●搜索方式有“单相搜索”和“双向搜索”两种方法。详细介绍请参考“差动保护”章节的相关说明。“分辨率”只对双向搜索方式有效，它决定了双向搜索方式的测试精度。 ●故障触发方式在“时间控制”触发方式下，软件按“故障前延时”—“最
https://www.360docs.net/doc/7311739106.html,微机继电保护仪 大故障时间”—“测试间断时间”这样的顺序循环测试，详细说明请参考“线路保护”章节的有关说明。 ●最小动作确认时间在“最大故障时间”内，保护多段可能动作。如果保护动作的时间小于“最小动作确认时间”，则尽管是保护的动作信号，软件也不予认可，因可能是其他段抢动。这个时间专门用来在“双向搜索”方式下，躲开某段阻抗动作。例如，要搜索Ⅱ段阻抗边界，“双向搜索”方式下扫描点肯定会进入Ⅰ段阻抗范围，而Ⅰ段的动作时间较Ⅱ段要短，从而造成Ⅰ段保护抢动。 ●故障方向依据保护定值菜单进行设置，适用于方向性阻抗保护。 ●零序补偿系数若做接地距离继电器的试验，要注意正确设置零序补偿系数，请参考“线路保护”章节的有关说明。 ●自动设定搜索线参数在“整定参数”页中有这个按钮，点击此按钮后，软件会根据所设定的整定阻抗自动计算出搜索线的长度以及搜索中心。可以在“搜索阻抗边界”页面中查看。 搜索阻抗边界 选择“搜索阻抗边界”测试项目时，需设置 放射状扫描线，如右图所示。扫描线的设置参照 以下方法： ●扫描中心扫描中心应尽可能设置在保护的 理论阻抗特性图的中心位置附近。扫描中心可以 直接输入数据，也可以用鼠标直接点击选择扫描 中心。修改扫描中心后，坐标系的坐标轴将自动 调整，以保证扫描圆始终在图形中心位置，即扫 描中心在图形中心。 ●扫描半径扫描半径应大于保护阻抗整定值 的一半，以保证扫描圆覆盖保护的各个动作边界。搜索时是从非动作区（扫描线外侧点）开始扫描。试验期间，如果发现在扫描某条搜索线的外侧起点时，保护 就动作了，则说明这条扫描线没有跨过实际的阻抗 边界，即整个搜索线都在动作区内，不符合“每条 搜索线都应一部分在动作区内，另一部分在动作区 外”的原则。这时，请适当增大“扫描半径”。 ●扫描步长只对“单向搜索”方式有效，直接影 响“单向搜索”方式时的测试精度。
PCB线路板阻抗计算公式
PCB线路板阻抗计算公式 现在关于PCB线路板的阻抗计算方式有很多种，相关的软件也能够直接帮您计算阻抗值，今天通过polar si9000来和大家说明下阻抗是怎么计算的。 在阻抗计算说明之前让我们先了解一下阻抗的由来和意义： 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得
推出通解 定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义
我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8 下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司)=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数：ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有.
阻抗计算公式、polarsi9000(教程)
一直有很多人问我阻抗怎么计算的. 人家问多了,我想给大家整理个材料,于己于人都是个方便.如果大家还有什么问题或者文档有什么错误,欢迎讨论与指教! 在计算阻抗之前,我想很有必要理解这儿阻抗的意义。 传输线阻抗的由来以及意义 传输线阻抗是从电报方程推导出来(具体可以查询微波理论) 如下图,其为平行双导线的分布参数等效电路: 从此图可以推导出电报方程 取传输线上的电压电流的正弦形式 得 推出通解
定义出特性阻抗 无耗线下r=0, g=0 得 注意,此特性阻抗和波阻抗的概念上的差异(具体查看平面波的波阻抗定义) 特性阻抗与波阻抗之间关系可从此关系式推出. Ok,理解特性阻抗理论上是怎么回事情,看看实际上的意义,当电压电流在传输线传播的时候,如果特性阻抗不一致所求出的电报方程的解不一致,就造成所谓的反射现象等等.在信号完整性领域里,比如反射,串扰,电源平面切割等问题都可以归类为阻抗不连续问题,因此匹配的重要性在此展现出来. 叠层(stackup)的定义 我们来看如下一种stackup,主板常用的8 层板(4 层power/ground 以及4 层走线 层,sggssggs,分别定义为L1, L2…L8)因此要计算的阻抗为L1,L4,L5,L8
下面熟悉下在叠层里面的一些基本概念,和厂家打交道经常会使用的 Oz 的概念 Oz 本来是重量的单位Oz(盎司 )=28.3 g(克) 在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的铜的厚度为1Oz,对应的单位如下 介电常数(DK)的概念 电容器极板间有电介质存在时的电容量Cx 与同样形状和尺寸的真空电容量Co之比为介电常数： ε = Cx/Co = ε'-ε" Prepreg/Core 的概念 pp 是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成,core 其实也是pp 类型介质,只不过他两面都覆有铜箔,而pp 没有. 传输线特性阻抗的计算 首先,我们来看下传输线的基本类型,在计算阻抗的时候通常有如下类型: 微带线和带状线,
TCSC的基频阻抗特性分析与仿真
TCSC的基频阻抗特性分析与仿真 0.引言 串联补偿在电力系统中的应用历史非常悠久,最早可以追溯到1928年前后,纽约电网33kv系统曾采用串联电容补偿来实现潮流均衡;1950年,在瑞典的一个23OkV电网中首次应用串联补偿装置来提高输电系统的传输能力。此后,串联电容补偿成为远距离输电中增大传输容量和提高稳定性的重要手段而得到大力的发展和广泛的应用。 采用串联补偿可以改变传输线的等效阻抗或在线路中串入补偿电压,方便地调节系统的有功无功潮流,从而有效地控制电力系统的电压水平和功率平衡。因此,在线路上采用串联补偿能更好地实现潮流控制,提高系统的电压稳定性、暂态稳定性和振荡稳定性,抑制次同步谐振。 在考虑远距离、大容量输电经济性的时候,采取串联电容补偿策略往往是必然选择。而TCSC常被用于抑制由串补电容引起的系统次同步振荡,它所产生的无功功率,随着线路负荷增加而增加且可以在负荷变化的全范围内进行调节;线路传输相同的功率,串联补偿较并联补偿而言,所需的无功功率增量要小;就抑制次同步振荡而言,TCSC具有较大优势。输电线路接入串联电容补偿可以抵消部分线路电感,等效缩短线路电气距离,相当于为负载提供一个电压特性“很硬”的电压源。 1.TCSC的结构 晶闸管控制串联电容器基本的、概念性的TCSC模块由一个容抗固定的电容器与一个晶闸管控制的电抗器并联而成。。TCSC补偿方案的基本思路是通过改变晶闸管的触发角来调节并联支路的等效电感,进而达到控制TCSC等效阻抗的目的。
图1 TCSC主要由四个元器件组成:电力电容器C,旁路电感L,两个反相并联大功率晶闸管SCR。实际装置中还包括保护用的金属氧化物压敏限压器MOV,旁路断路器等金属氧化物可变电阻器(MOV),本质上为一个非线性电阻器, 跨接在串联电容器上,用以防止电容器上发生高的过电压。MOV不但能限制电容器上的电压,而且能使电容器保持接入状态,即使在故障情况下也是如此,从而有助于提高系统的暂态稳定性。跨接在电容器上的还有一个断路器CB,用以控制电容器是否接入线路。 2.TCSC的运行原理 TCSC通过对触发脉冲的控制,改变晶闸管的触发角a,即可改变由其控制的电感支路中电流的大小,因而可以连续改变总的等效电抗,也即使线路的串补程度连续的变化。对TCSC功能的理解可以通过分析一个由固定电容器(C)和可变电抗器(L)相并联的电路的行为来获得,如图所示 图2 该LC并联电路的等效阻抗Ze。可以表达为:
元件阻抗特性测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除元件阻抗特性测定实验报告 篇一：电路基础实验实验十一_R、L、c元件阻抗特性的测定 实验十一R、L、c元件阻抗特性的 测定 实验成员：班级：整理人员： 实验十一R、L、c元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R~f，xL~f 与xc~f特性曲线。2．加深理解R、L、c元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式 u?RI 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值信号源频率无关，其阻抗频率特性
R~f如图9-1。 如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为电感，有关系式 ? ? ?? u L ? jxI感抗x L L ?2?fL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性xL~f如图9-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 u ? c ?? jx c
I容抗 ? xc? 12?fc 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性xc~f如图 9-1. c f 图9-1 图9-2 2．单一参数R、L、c阻抗频率特性的测试电路如图9-2所示。 途中R、L、c为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、 L、c元件两端电压uR、uL、uc，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 3．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ ~f。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器YA和Yb两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现
特征阻抗那点事
特征阻抗那点事 关键词：特征阻抗 PCB 电缆 传输线的特征阻抗，又称为特性阻抗，是我们在进行高速电路设计的时候经常会提到的一个概念。但是很多人对这个概念并不理解，有时还会错误的理解为直流阻抗。弄明白这个概念对我们更好的进行高速电路设计很有必要。高速电路的很多设计规则都和特征阻抗有关。 要理解特征阻抗的概念，我们先要弄清楚什么是传输线。简单的说，传输线就是能够传输信号的连接线。电源线，视频线，USB连接线，PCB板上的走线，都可以称为传输线。如果传输线上传输的信号是低频信号，假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。但是对于高速信号来说，假设信号频率提高到300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输里的理论来解决问题。 特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。这里一定要区分一个概念，就是特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的，对于直流信号，传输线有一个直流阻抗，这个值可能会远小于传输线的特征阻抗。一旦传输线的特性确定了(线宽，与参考平面的距离等特性)，那么传输线的特征阻抗就确定了.此处省略一万字的公式推导过程，直接给出PCB走线的特征阻抗计算公式： 其中L是单位长度传输线的固有电感，C是单位长度传输线的固有电容。肯定有人会问，什么是单位长度?是1cm，1mm，还是1mil?其实这里的单位长度是多少并不重要。单位越小精度越高，学过微积分对这个概念应该就更清楚了。通过这个简单的计算公式我们能看出来，要改变传输线的特征阻抗就要改变单位长度传输线的固有电感和电容。这样我们就能更好的理解影响传输线特征阻抗的几个因素： a. 线宽与特征阻抗成反比。增加线宽相当于增大电容，也就减小了特征阻抗，反之亦然 b. 介电常数与特征阻抗成反比。同样提高介电常数相当于增大电容
实验十 RLC电路的阻抗特性分析
实验十 RLC 电路的阻抗频率特性分析 一实验目的 1、掌握交流电路中电阻、电容和电感的阻抗与频率的关系。 2、加深理解三个元件的电压与电流相位关系。 3、观察RLC 串联谐振现象，了解谐振电路特性，加深其理论知识的理解。 二 实验原理 1、R 、L 、C 元件的阻抗频率特性 正弦交流信号包含最大值、频率和初相位，在正弦稳态交流电路中，通过元件的电流有效值和加于该元件两端电压有效值之间的关系U =f （I ），称为元件的交流伏安特性，每个元件不仅讨论电压、电流有效值关系，还要观察两者相位之间的关系。 线性电阻欧姆定律的相量形式为：U RI = 。说明电阻两端电压的有效值与流过电流的有效值成正比，R 大小与频率无关，相位差为0，即同相位。 （2）电容 线性电容电压电流关系的相量形式为：1U j I C ω=- 。表明电容两端电压有效值与流过电流有效值关系为1 U I C ω=，相位差为-90 ，即电流超前电压90度。 （3）电感 线性电感的电压电流关系的相量形式为：U j LI ω= 。说明电感两端电压的有效值与流过电流的有效值关系为U LI ω=，相位差为90 ，即电压超前电流90度。 正弦稳态电路中，RLC 元件的阻抗频率特性曲线如图10-1所示。 图10-1 R 、L 、C 元件的阻抗频率特性曲线
RLC串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流I也随频率f而变。交流电压 S U（有效值）的角频率 为ω，则电路的阻抗为 1 () Z R j L C ω ω =+-， 阻抗的模：Z= 阻抗的幅角 1 arctan L C R ω ω ? - =，即该电路总电压与电流的相位差。 图10-3（a）、（b）分别为RLC串联电路的阻抗、相位差随频率的变化曲线。 图10-3（a）z f -曲线图10-3（b）f ?-曲线 由曲线图可以看出，存在一个特殊的频率 f，特点为： （1）当 f f <时，0 ?<，电流相位超前于电压，整个电路呈电容性； （2）当 f f >时，0 ?>，电流相位滞后于电压，整个电路呈电感性； （3）当 1 L C ω ω -=时，即 ω= f=时，阻抗Z R =，此时0 ?=，表明电路中电流I和电压U同相位，整个电路呈现纯电阻性。
电缆的特性阻抗
电缆的阻抗 术语 音频：人耳可以听到的低频信号。范围在20-20kHz。 视频：用来传诵图象的高频信号。图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。 射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。射频的范围要宽很多，10k-3THz(1T=1024G)。 电缆的阻抗 本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。 什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？ 首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。 传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。 电缆阻抗是如何定义的？ 电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z = E / I 无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作Z0（Z零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I 电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式： 其中 R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆 G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆 j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数） π=3.1416
交流阻抗实验报告
正弦交流电路中的阻抗和频率特性研究 1、实验目的 1）加深对正弦交流电路的KVL 定律认识。 2）学习正弦交流电路中阻抗的测量方法。 3）掌握L c X X 、阻抗频率特性测量方法。 2.实验原理及步骤 （1）测量阻抗 1）用“向量法”测量空心电感线圈两端的阻抗Lr Z ，如图3-1所示，r 是电感线圈的直流电阻。输入电压的频率在200~300Hz 中任选两个，分别测量计算。 测量出R U 、Lr U 的值，选取R U 作为参考相量，做出回路的向量图。相量图如图3-2所示。显然，θ满足Lr R Lr R U U U U U 2cos 2 2 2-+=θ。通过计算θ从而求出L U 、r U 的 值进而可求出电阻电感值。 2）按下图所示电路，从a ，b 端口用“向量法”测量内带电容的阻抗ab Z ，输入电压的频率在1~3kHz 中任选两个，分别测量计算。 Lr U U R U θ r U U 图3-2 电感阻抗测量电路向量图 图3-1 测量阻抗电路原
测量出R U 、Cr U 以及I 的值，选取Cr U 为参考相量，作出由回路的向量图。相量图如图3-4所示,同理，通过求出θ角可得到电容阻抗值。 （2）测量频率特性 测量L X 、C X 阻抗频率特性，做频率特性曲线。 1）点测—L X f 特性。自选电感（L ：50~400mH ）与电阻R 串联（R ：200Ω~1k Ω）自拟表格，做—L X f 特性曲线（f 从50Hz~3kHz ）。 2）点测—C X f 特性。自选电容（C ：0.1~2μF ）与电阻R 串联（R ：200Ω~1k Ω）自拟表格，做—C X f 特性曲线（f 从50Hz~3kHz ）。 （3）观察电压、电流相位关系 如图3-5、3-6所示，用示波器分别观察下面电感、电容中电压、电流相位。 图3-5 电感阻抗测量电路 I U 图3-2 电容阻抗测量电路向量图 图3-3 电容阻抗测量电路原理图 R Cr U 2+ -
RLC元件阻抗特性的研究
R、L、C元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1、验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R～f , X L～f与X C～f特性曲线。 2、加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1、在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式U=R I 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R～f如图16-1。 如果不计线圈本身的电阻R L，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式U L= X L j I 感抗X L=2πfL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L～f如图16-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 U C=－j X C I 容抗X C=1/2πfc 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C～f如图16-1 2、单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图16-2所示。 图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L元件两端电压U R、U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 (1)元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ～f。 (2)用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法、 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A和Y B两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图16-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n格，相位差m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m×(360o / n)
RLC阻抗特性测量
实验五 R 、L 、C 元件阻抗特性的研究 一、实验目的 1.验证电阻、感抗、容抗、与频率的关系，测定R~f 、L X ~f 及C X ~f 特性曲线。 2.加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1. 在正弦交变信号作用下，R 、L 、C 电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关，它们的阻抗频率特性R~f ，L X ~f ，C X ~f 曲线如图1所示。 图1 图2 2. 单一参数R 、L 、C 阻抗频率特性的测量电路如图2所示。R=1K Ω，r=200Ω，C=1uF ，L=10mH 等取自《二阶电路动态过程的研究》单元中的部分元件。 图中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、C 元件两端电压R U 、L U 、C U ，流过被测元件的电流可由r 两端电压除以r 得到。 3. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率 变化而改变，将各个不同频率下的相位差画在以频率f 为横坐标、阻抗角φ为纵坐标的坐标纸上，并用光滑的曲线连接这些店，即得到阻抗角的频率特性曲线。 用双踪示波器测量阻抗角的方法如图3所示。从荧光屏上数得一个周期站n 格，相位差占m 格，则实际的相位差φ（阻抗角）为 n 360m ?=φ
三、实验内容 1. 测量R 、L 、C 元件的阻抗频率特性 通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至如图2电路，作为激励源u ，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U=3V ，并在实验过程中保持不变。 使信号源的输出频率从200Hz 逐渐增至5KHz 左右，并使端点S 分别接通R 、L 、C 三个元件，并用交流毫伏表分别测量R U 、r U ；C U ，r U ；L U 、r U ，并通过计算得到各频率点时的R 、 L X 与C X 之值，记入附表中。 注意：在接通C 测试时，信号源的频率应控制在200~2500Hz 之间。 2. 用双踪示波器观察RL 串联和RC 串联电路在不同频率下的阻抗角的变化情况，按图3记录n 和m ，算出 ，自拟表格记录之。
什么是特征阻抗
高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。什么是传输线？什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V 的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。在传输的过程中信号会遇到什么样的情况呢？在最开始的10ps时间间隔内，信号沿传输线方向行进了0.06英寸的距离。假定锁定时间在这一时刻，来考虑传输线发生的情况。在行进的这一段距离上，信号的传输为这一段传输线和相应临近的信号返回通道之间建立起了稳定的幅度为1V的常量信号。这意味着在行进的这一段传输线和对应的返回路径上已经积聚起了额外的正电荷和额外的负电荷来建立这一稳定的电压。也正是这些电荷的差异在这两个导体之间建立并维持了一个稳定的1 V 电压信号，而导体之间稳定的电压信号就为两个导体之间建立了一个电容。传输线上位于这一时刻信号波前后面的传输线段并不清楚会有信号要传播过来，因而仍然维持信号线同返回通路之间的电压为零。在接下来的10ps时间间隔内，信号又会沿传输线行进一定的距离，信号继续传播的结果是又会在另一段长度为0.06英寸的传输线段同对应的信号返回通路之间的建立起1V的信号电压。而为了做到这一点，必须为信号线注入一定量的正电荷，同时为信号的返回通路注入同等数量的负电荷。信号沿传输线每传播0.06英寸的长度，都会有更多的正电荷注入该信号线，也会有更多的负电荷注入信号返回通路。每隔10ps时间间隔，就会有另外一段传输线被充电到1 V，同时信号也会沿传输线方向继续向前传播。这些电荷从何而来？答案是来自信号源，也就是我们用来提供阶跃信号、连接在传输线前端的电池。随着信号在传输线上的传播，信号不断地为传播经过的传输线段充电，确保信号传输过程中所到之处信号线与返回路径之间建立并维持起1 V的电压。每隔10ps时间间隔，信号会在传输线上传播一定的距离，并且从电源系统中汲取一定数量的电荷δQ。电池在一段时间间隔δt内的向外提供一定数量的电荷δQ，就形成了恒定的信号电流。正的电流会从电池流入信号线，而与此同时同样大小的负电流会流经信号的返回路径。流经信号返回通路的负电流同流入信号线的正电流大小完全一致。而且，就在信号波前的位置，AC电流流经由信号线和信号返回通路构成的电容，完成了信号环路。传输线的特征阻抗从电池的角度来看，一旦设计工程师将电池的引线连入传输线的前端，就总有一个常量值的电流从电池中流出，并且保持电压信号的稳定不变。也许有人会问，是什么样的电子元器件具有这样的行为？加入恒
实验7 RLC元件阻抗特性的测定-学生
实验七 RLC 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 (1) 研究电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定它们随频率变化的特性曲线； 二、实验设备 (1) (2) 交流电压 (3) 实验箱 三、预习与思考题 (1) 如何用交流毫伏表测量电阻R 、感抗XL 和容抗XC ？它们的大小和频率有何关系？ 四、原理说明 (1) 单个元件阻抗与频率的关系 对于电阻元件，根据?∠=0R R R I U ，其中R I U =R R ，电阻R 与频率无关； 对于电感元件，根据 L L L j X I U = ，其中fL X I U π2L L L ==，感抗X L 与频率成正比； 对于电容元件，根据C C C j X I U -= ，其中 fC X I U π21 C C C ==，容抗X C 与频率成反比。 测量元件阻抗频率特性的电路如图7-1示，图中的r 是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流(I R 、I L 、I C )则可由r 两端的电压U ｒ除以r 阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R 、X L 和X C 的数值。 图15-1 图7-1
五、实验内容 (1) 测量R 、L 、 C 实验电路如图7-1示，图中：r ＝200Ω，R ＝1k Ω，L ＝10ｍH ，C ＝0.1μF 。选择信号源正弦波输出作为输入电压u ，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压ｕ的有效值U ＝2V 用导线分别接通R 、L 、C 三个元件，调节信号源的输出频率，从1kHz 逐渐增至20kHz （用频率计测量），用交流毫伏表分别测量U R 、U L 、U C 和U r ，将实验数据记入表7-1并通过计算得到各频率点的R 、X L 和X C 。 六、实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外） (1) 回答预习思考题； (2) 根据表7-1验数据，定性画出R 、L 、C 串联电路的阻抗与频率关系的特性曲线，并 分析阻抗和频率的关系。