Coaxial cables. UniTrain-I course Telecommunication 2: "Coaxial cables" Course number SO4204-9D - version 2.1. Dr. Klaus Löhn Dipl.-Ing

Coaxial cables

UniTrain-I course Telecommunication 2: "Coaxial cables"

Course number SO4204-9D - version 2.1 Dr. Klaus Löhn Dipl.-Ing. Igor Pavlin Lucas-Nülle GmbH · Siemensstraße 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) · Tel.: +49 2273 567-0 www.lucas-nuelle.com www.unitrain-i.com

Copyright © 2011 LUCAS-NÜLLE GmbH. All rights reserved. Tujuan Pembelajaran Selamat datang di kursus UniTrain-I pada jalur transmisi yang terdiri dari kabel koaksial!

Tim LUCAS-Nulle saya harap anda senang dan sukses dalam bekerja melalui topik kursus dan melakukan eksperimen. Beberapa halaman berikutnya memberikan gambaran dari isi kursus dan peralatan yang dibutuhkan. Kursus ini menanamkan pengetahuan dasar tentang garis koaksial. Isi teori ini dijelaskan oleh berbagai metodis terorganisir, percobaan edukatif. Semua bab dari kursus ini menyimpulkan dengan tes pengetahuan. 1. Isi kursus Parameter karakteristik dari kabel koaksial : • • • • • • • • • • •

jembatan Wheatstone jembatan Maxwell-Wien Amplitudo dan penyeimbang fase jembatan tegangan bolak-balik jembatan Wien dalam sambungan seri Pengukuran dengan rangkaian low-pass impedansi gelombang dan propagasi perambatan gelombang Refleksi garis koaksial Menentukan impedansi gelombang transmisi pulsa dan durasi kecepatan Gelombang

2. Prasyarat • Dasar-dasar DC dan AC teknologi (mis UniTrain-I program SO 4204-4D dan SO 4204-4F) • modul dasar teknologi komunikasi (misalnya UniTrain-I saja SO4204-9A "Quadripoles dan filter")

Kartu: RLC jembatan pengukuran

Percobaan kartu SO4203-9Q "RLC mengukur jembatan secara bergantian, galvanically terisolasi dengan jembatan pengukuran. Dengan cara switch toggle, kartu percobaan dapat dengan mudah dan cepat diatur ulang untuk sebuah Wheatstone, Maxwell atau jembatan Wien. “Potensiometer presisi tinggi memungkinkan hasil pengukuran untuk dibaca secara langsung”. Pindahkan pointer mouse di atas diagram untuk melihat rincian tentang masing-masing komponen kartu.

Data teknis Kartu: Pulse Generator “Percobaan kartu SO4203-9P "Pulse Generator" menghasilkan "berbentuk jarum" pulsa pada tingkat pengulangan 100 kHz atau 200 kHz”. Pindahkan pointer mouse di atas diagram untuk melihat rincian pada kartu komponen individu.

Fitur special : 

Jembatan Wheatstone untuk menentukan ketahanan per satuan panjang



pada frekuensi sangat rendah. Jembatan Maxwell untuk menentukan resistensi memanjang per satuan



panjang. Jembatan Wien untuk menentukan resistensi melintang per satuan

 

panjang Masukan galvanically tidak terkoneksi. Output galvanically tidak terkoneksi.

Ukuran 

: 160 x 100 mm (lebar x tinggi)

Data Teknis

Kabel Drum Fitur Spesial:   

Tingkat pengulangan Pulse: 100/200 kHz Resistensi Output: 50 ohm Konektor: BNC

Ukuran: 

160 x 100 mm (lebar x tinggi)

Transmisi Coaksial SO4201-9Q “Panjang: 3 x 20 m; koneksi BNC” Pindahkan pointer mouse di atas diagram untuk melihat rincian tentang masingmasing komponen kartu.

Spesifikasi kabel coaxial yang digunakan Dua jenis standar kabel koaksial dijelaskan selanjutnya digunakan dalam kursus ini.  Pada drum: Jenis RG174A / U  diameter luar Cable: 2.6 mm  Diameter luar konduktor (perisai): 1.5 mm  Konduktor dalam: 0,5 mm (7 x 0,16 mm)  Impedansi Gelombang: 50 Ω

         

Attenuation pada 145 MHz: 38,4 dB / 100 m Attenuation di 432 MHz: 68,5 dB / 100 m Attenuation 1,3 GHz:> 104,2 dB / 100 m Faktor Velocity 0.66 Garis Pasokan untuk jembatan mengukur: Jenis RG58C / U Diameter luar Cable: 4,95 mm Diameter luar konduktor (perisai): 2.95 mm Konduktor dalam: 0.9 mm (7 x 0,3 mm) Impedansi Gelombang: 50 Ω Attenuation pada 145 MHz: 38,4 dB / 100 m o Attenuation di 432 MHz: 68,5 dB / 100 mo Attenuation 1,3 GHz:> 104,2 dB

Parameter Karakteristik dari Kabel Koaksial Coaxial (artinya sumbu umum) kabel memiliki bipolar dan desain konsentris. Mereka terdiri dari konduktor dalam dikelilingi oleh konduktor luar di mungkin jarak paling seragam. kesenjangan yang diisi dengan isolator. Konduktor luar dilindungi secara eksternal oleh yang kuat, jaket isolasi. Karena dua konduktor yang koaksial, gelombang elektromagnetik merambat melalui dielektrik antara konduktor dalam dan luar. redaman Sebuah kabel koaksial ditentukan oleh resistensi konduktor dan faktor kerugian material isolasi ini. kabel memancarkan hampir tidak ada energi dan sangat kebal terhadap gangguan. “Parameter karakteristik yang paling penting Sebuah kabel koaksial tercatat berikutnya”. • Impedansi gelombang Z, tergantung pada jarak antara konduktor dalam dan luar, serta permitivitas isolator ini. Digunakan sering adalah kabel • • • • • • 

dinilai pada Z = 50 Ω (teknologi RF umum) dan 75 Ω (teknologi TV). Attenuation per satuan panjang Kapasitansi per satuan panjang Induktansi per satuan panjang Kecepatan Propagasi Faktor Velocity Perisai pelemahan atau impedansi transfer Parameter karakteristik yang dipastikan dengan cara sirkuit tes khusus,

 • • •

juga dikenal sebagai mengukur jembatan. Berikut ini berbagai jenis jembatan yang digunakan di sini: Jembatan Wheatstone, untuk memastikan ketahanan Jembatan Wien, untuk memastikan kapasitansi Jembatan Maxwell, untuk penentuan induktansi

A. Jembatan Wheatstone Sebenarnya diciptakan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833, jembatan resistance mengukur ini kemudian dinamai fisikawan Inggris Sir Charles Wheatstone yang berperan penting dalam proliferasi jembatan.

Gambar 1.1 Jembatan Pengukuran Wheatstone Jembatan ini memiliki desain sederhana yang terdiri dari koneksi paralel dua pembagi tegangan resistif R1 / R2 dan R3 / R4. Tegangan DC diumpankan ke rangkaian dibagi di resistor. Diagonal antara titik A dan B adalah jembatan yang sebenarnya. Ketika resistensi yang sama, menunjukkan A dan B berada pada potensial yang sama, dan tidak ada arus mengalir antara mereka. Di hadapan perbedaan potensial antara titik-titik ini, arus mengalir dari A ke B atau dalam arah yang berlawanan. Tentu saja, jembatan dapat juga diberi makan dengan tegangan bolak-balik. Sebagai frekuensi naik, induktif dan kapasitif komponen resistor yang diukur memainkan peran yang lebih besar. Wheatstone jembatan tidak dapat mendeteksi komponen ini. Kondisi Penyeimbangan

Gambar 1.2 Kondisi Penyeimbangan jembatan Wheatstone Rangkaian ini seimbang ketika kondisi yang ditentukan di atas terpenuhi. Jika salah satu dari empat resistor diubah, jembatan menjadi tidak seimbang. Akibatnya, tegangan timbul antara mengukur titik A dan B, sehingga arus pemerataan mengalir di antara mereka. Aplikasi Karena jembatan Wheatstone sangat sensitif, ia mampu mengukur resistensi sangat akurat. Jika salah satu resistor diganti dengan komponen semikonduktor mampu bereaksi terhadap cahaya, suhu atau tegangan perubahan, ini dapat perubahan ini didaftarkan dan dievaluasi dengan jembatan.

Jika R3 adalah resistensi diketahui akan diukur, maka sesuai dengan kondisi balancing: R3 = R1 * R4 / R2. Dengan kata lain, jika resistensi R1, R2 dan R4 diketahui, R3 dapat dihitung dengan sangat mudah. B. Pengukuran Sebuah Resistansi Saluran DC Dalam percobaan ini, kita akan menentukan resistansi DC R LSWh pada kabel koaksial ini.

Pengaturan percobaan seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Menghubungkan tiga segmen 20m kabel koaksial berturut-turut untuk membentuk garis 60m. Short circuit kabel ini akhir dalam setiap kasus, dan masukkan kabel start ke BNC titik pengukuran X17 di RLC mengukur jembatan SO4103-9Q. Mengukur resistansi saluran lebih dari 20 m, 40 m dan 60 m. Pengukuran dengan jembatan Wheatstone dalam kasus arus searah Mengkonfigurasi RLC pengukuran jembatan sebagai jembatan DC Wheatstone: Switch

Posisi

Maksud

ST1

Bawah

Tanpa transformer

ST2

Kanan

R1 = 100 Ω

ST3

Kiri

R2 = R2.1 + R2.2

ST4

Bawah

Tanpa transformer

ST5

Netral

Tanpa C1

ST6

Bawah

Tanpa C3

ST7

Bawah

Tanpa C2



Hubungkan generator keluaran ANALOG OUT dari UniTrain-I melalui kabel koaksial ke BNC jack X9 di jembatan dan input B melalui lead



2mm. Mengukur tegangan diagonal (tegangan jembatan) dengan voltmeter A. Untuk melakukannya, hubungkan jack X10 melalui kabel koaksial untuk masukan A dari UniTrain-I interface.

Pengaturan voltmeter A Voltmeter A settings Rentang Pengukuran: Mode:



DC,Variabel AV

Mulai fungsi generator melalui menu "sumber Instrumen / Voltage", atau dengan mengklik icon di bawah. Function generator settings Mode:

DC POS

Amplitudo:

1 : 1.25%

Frekuensi:

-

C. Menyeimbangkan

ke

0

Jembatan

Diagonal

Menggunakan

Potensiometer R2. R2 terdiri dari dua potensiometer seri-terhubung R2.1 = 1 k Ω dan R2.2 = 100 Ω. Tombol-tombol skala yang tersedia dapat digunakan untuk membaca set resistansi untuk potensiometer (R2.1 + R2.2 = R2). Untuk pengukuran sini, mengatur R2.1 ke 0 (kiri batas) dan hanya menggunakan R2.2 (100 Ω). Seluruh baris ini resistansi lingkaran ohmic dalam kasus arus searah ditentukan seperti yang digambarkan di bawah ini.

Karena R1 = R3 (lihat pengaturan pengukuran jembatan): Panjang

Resistansi per unit dipastikan melalui pembagian dengan

panjang saluran ini: RLSWh '= RLSWh / ℓ dimana ℓ = Panjang Line 

Mengukur resistansi memanjang dari saluran 20-m hubung pendek di akhir, dan menghitung hambatan per satuan panjang (dalam ohm per meter). Resistansi [7] ohm diukur dengan jembatan Wheatstone



menyiratkan resistansi dari [0.35] ohm / m. Mengukur resistansi memanjang dari saluran 40-m hubung pendek di akhir, dan menghitung hambatan per satuan panjang (dalam ohm per

meter).Resistansi [16] ohm diukur dengan jembatan Wheatstone 

menyiratkan resistansi dari [0.4] ohm / m. Mengukur resistansi memanjang dari garis 60-m hubung pendek di akhir,



dan menghitung hambatan per satuan panjang (dalam ohm per meter). Resistansi [24] ohm diukur dengan jembatan Wheatstone menyiratkan



resistansi dari [0.4] ohm / m. Mengukur hambatan memanjang dengan multimeter juga. 20 m: [7 ] ohm, 40 m:[16] ohm, 60 m:[24] ohm

Multimeter juga mudah memungkinkan resistansi dari kabel koaksial ini dalam dan luar konduktor yang akan diukur secara terpisah. Memastikan kontak yang baik dengan kabel multimeter terutama ketika mengukur resistansi konduktor luar ini. Dalam kasus saluran 60m, resistansi konduktor dalam adalah 19 Ω, sedangkan resistansi konduktor luar adalah sekitar 2,7 Ω. resistansi kerugian koaksial garis adalah jumlah dari kedua resistansi (21,7 Ω), sehingga tergantung terutama pada resistansi konduktor dalam (yaitu yang penampang). D. Pengukuran dengan Jembatan Wheatstone pada Frekuensi Rendah  Hubungkan 60m kabel koaksial lagi untuk jembatan mengukur seperti 

yang dijelaskan lebih lanjut di atas. Mengatur fungsi generator untuk "sinus" dan mengukur resistansi memanjang di frekuensi rendah yang ditentukan dalam tabel di bawah



ini. Untuk tujuan ini, mengatur voltmeter untuk "RMS". Karena induktansi memanjang tidak sedang menyumbang, jembatan Wheatstone sekarang tidak lagi seimbang dengan nol, melainkan hanya untuk nilai minimum.

f/KHz R2/Ohm Rs/Ohm 0.3 0.6 37 0.5 40 49 1 70 79 2 150 139 Manakah dari pernyataan berikut ini yang benar? • • • •

Frekuensi rendah tidak mempengaruhi RS '. Karena pengaruh kapasitansi, RS 'tidak lagi konstan. Karena pengaruh induktansi, RS 'tidak lagi konstan. RS tidak memiliki pengaruh pada RS '.

Rs’(Ohm/m) 0.12 0.56 0.6 1

Atau, pilih osiloskop sebagai indikator minimum. Untuk tujuan ini, hubungkan voltmeter A. Pada masing-masing frekuensi, atur defleksi horisontal sehingga osilasi penuh ditampilkan, dan mengatur defleksi vertikal yang diperlukan. Sebuah keseimbangan minimum yang baik diperoleh jika memicu pada B positif menyebabkan osilasi pada saluran A mencapai maksimum di tengah layar (negatif nol persimpangan saluran B). Bandingkan hasilnya dengan pembacaan voltmeter. Data Percobaan :

Gambar 1. Keadaan Ketika Nilai V=0 Pada Frekuensi 0.3 KHz

Jembatan Maxwell-Wien Sinyal siunusoidal dapat digunakan secara bersamaan untuk mengukur induktansi per unit satuan panjang LS’ dan spesifikasi kerugian (longitudinal) resistansi RLS’ dari short-circuit, short electric line. Untuk tujuan ini jembatan Ac dilengkapi tetap dengan pengukuran induktansi L atau kapasitansi C . yang barubaru ini kapasitansi dikenal untuk mengukur jembatan Wien, sementara induktansi dikenal untuk mengukur jembatan Maxwell. Karena induktor umumnya menunjukkan lebih tinggi kerugian dan berkualitas tinggi referensi induktor bisa sangat rumit dan mahal. Baru-baru ini jembstsn Maxwell-Wien telah mengembangkannya. Dalam kasus ini,dibawah pemeriksaan inductive component diukur dengan bantuan dari referensi kapasitor di jembatan sirkuit. Dibandingkan dengan referensi induktor, kapasitor yang memiliki kelas yang lebih tinggi (rendah kerugian internal), sehingga jauh lebih dekat ke nilai ideal c dan karena itu leboh cocok untuk pengukuran comperative. Tempat untuk mengukur kapasitor pada rangkaian jembatan digambarkan dibawah ini. Jembatan ini dirancang untuk pegukuran diatas 100Khz.

Jembatan Maxwell-Wien untuk ascertaining kabel adalah longitudinal nilainilai persatuan unit panjang. Untuk jembatan Maxwell-Wien AC secara bersamaan menentukan garis induktansi dan kehilangan perlawanan, itu adalah yang diperlukan untuk menampilkan amplitude dan mencocokan fase dengan dua pengaturan pontesiometer yang terpisah. Yang tidak diketahui impedance Zx dari garis Short-Circuited diakhir comprises serangkaian koneksi dari LS dan RLS.

Persamaan diagram dari Short line comprising concentrated components. Dapat dibandingkan dengan menyeimbangkan jembatan dengan paralel konduktansi dari C dan shunt yang dapat disesuaikan. Jembatan Maxwell mengizinkan objek yang diukur adalah komponen yang aktif dan reaktif untuk menjadi cocok dengan cara variable resistor, sehingga jembatan matching. Dengan G1 = 1 / R1, menyeimbangkan jembatan bisa diwakili menurut diagram menggunakan angka kompleks (a+jb):

.

Dengan menyamakan hasil jω as serta constants independent dari ω disisi sebelah kiri dan kanan, kita mendapatkan persamaan untuk induktansi dan rugiruginya:

dan . Pengukuran untuk induktansi dan resistansi, short line section. Sama dengan rangkaian diagram dan perhitungan yang ditunjukkan diatas hanya berlaku untuk suffiently short lines. Distribusi kapasitansi line (per unit panjang) tetap efektir dimasukan dari short circuit dan pengaruh pengukuran line adalah longitudinal induktansi / perlawanan per unit panjang dengan frekuensi yang sangat tinggi atau lebih keras.

Persamaan Rangkaian Diagram dari Short Circuit Line Untuk Menghitung Kapasitansi per unit Satuan Panjang

Menyeimbangkan amplitudo dan fasa untuk mengukur jembatan AC dengan Lissajous Figures Untuk membandingkan amplitudo dan fasa dari dua sinyal dengan bantuan osiloskop, salah satu sinyal dapat diterapkan untuk osiloskop adalah Y-input, dan yang lainnya X-input, dan osiloskop ditetapkan untuk XY sebagai mode operasi. Menyeimbangkan amplitudo dan fasa untuk mengukur jembatan AC dengan Lissajous Figures Lissajous

Figures

memungkinkan

untuk

mengamati

langsung

penyeimbangan amplitudo dan fasa, and cepat, penyeimbangan two-point. Input jembatan diwakili tegangan sebagai topografi komponen(Uy) untuk diagonal tegangan jembatan(Ux). Indikasi pada diagonal jembatan memiliki keuntungan bahwa indikator impedansi yang intrinsik tidak mempengaruhi pengukuran selama bernilai nol.

Jembatan Wien dengan isolasi transformer Nilai longitudinal perunit satuan panjang dapat diukur dengan atau tanpa sebuah isolasi transformer. Kami akan melakukan pengkuran tanpa isolasi transformer.

Gambar 6a, Gambar 6b, Gambar 6c    

Lissajous figures untuk menyeimbangkan pengukuran jembatan AC In Figure 6a, amplitudes and phases tidak balance. In Figure 6b, the amplitudes tidak balance, tapi the phases balance. In Figure 6c, amplitudes dan phases are balanced.

Dalam

prinsipnya,

dimisalkan

rangkaian

dapat

digunakan

untuk

menyeimbangkan XT-mode juga. Dalam kasus ini, magnitude dan fase yang seimbang setelah jembatan tegangan berfungsi Ux(t) vanishes dari layar. Namun, ketidakmampuan untuk melakukan fase perbandingan dengan operasi tegangan Uy(t) prosedur penyeimbangan lebih sulit. Balancing dengan UniTrain oscilloscope Kedua prosedur memungkinkan menggunakan UniTrain-1 osiloskop. Namun navigasi ini tidak beroperasi seperti konvensional analog osiloskop dimana X-channel adalah sefleksi langsung replace yang menyapu; sebaliknya,

saluran A dan B masih tercatat dengan asli menyapu pengaturan, hanya hasil yang ditampilkan dalam XY mode. Oleh karena itu, jika UniTrain osiloskop digunakan : XY memungkinkan untuk menyeimbangkan jembatan dan umunya juga tercapai, tetapi hanya jika osiloskop dapat menyapu set disetiap pengukuran frekuensi yang menampilkan persis satu periode dari pengukuran sinyal di XTmode. Kami memilih mengukur frekuensi yang menurut ketentuan, UniTrain osiloskop

Mengukur induktansi longitudinal Dalam percobaan ini, kita akan mengukur kabel koaksial longitudinal konstanta LS 'dan RLS'. Menghubungkan tiga segmen 20m kabel koaksial berturut-turut untuk membentuk garis 60m. sirkuit pendek akhir kabel ini. Masukkan kabel start ke BNC titik pengukuran X17 di RLC pengukuran jembatan SO4103-9Q. Hubungkan generator keluaran ANALOG OUT dari UniTrain-I antarmuka ke saluran osiloskop B, dan jembatan X9 BNC jack melalui kabel koaksial. Mengukur tegangan diagonal (tegangan jembatan) dengan saluran osiloskop A. Untuk melakukannya, hubungkan jack X10 melalui kabel koaksial untuk masukan A dari UniTrain-I interface. transformer coupling jembatan sirkuit tidak digunakan di sini. Mengkonfigurasi RLC mengukur jembatan seperti yang ditunjukkan berikutnya.

Switch

Position

Meaning

ST1

Down

Without transformer

ST2

Left

R1 = R1.1 + R1.2

ST3

Left

R2 = R2.1 + R2.2

ST4

Down

Without transformer

ST5

Up

With C

ST6

Down

Without C3

ST7

Down

Without C2

Mulai generator fungsi melalui menu "sumber Instrumen / Voltage", atau dengan mengklik icon di bawah. Function generator settings Mode:

Start the oscilloscope

SINE

Amplitude:

1:1, 50%

Frequency:

Start: 2 kHz

and set it as shown next. Instrument:

Oscilloscope

Time base:

50 µs / div

Channel A:

100 mV / div AC

Channel B:

1 V / div AC

Trigger:

Channel B

Mode:

XT or XY

Mengatur mengukur jembatan potensiometer awalnya sebagai berikut: R1 = 500 Ω, R2 = 150 Ω. Potensiometer sirkuit R1 und R2 masing-masing terdiri dari dua potensiometer multi-turn seri-terhubung RX.1 = 1 kW dan RX.2 = 100 Ω. Tombol-tombol skala yang tersedia dapat digunakan untuk membaca perlawanan ditetapkan untuk potensiometer. Dalam kebanyakan kasus, disarankan untuk menggunakan hanya satu potensiometer sementara meninggalkan yang lain satu set batas kiri.

Nol

menyeimbangkan

diagonal

jembatan

(channel

A)

bergantian

menggunakan potensiometer R1 dan R2. Pada prinsipnya, menyeimbangkan mungkin dalam mode XY dan XT jika rekomendasi dari bagian terakhir yang diamati. Karena sinyal sinusoidal dari UniTrain-I yang dihasilkan secara digital, mereka mengandung komponen switching-operasi frekuensi yang sangat tinggi. Sejak jembatan balancing tidak tercapai untuk komponen frekuensi tinggi tersebut, mereka tetap sebagai jenis kebisingan selama nol balancing. Cobalah untuk menemukan keseimbangan nol untuk gelombang fundamental. Seluruh Ls garis induktansi dan RLS resistance lingkaran pada frekuensi set pengukuran ditentukan sebagai berikut:

where C = 10 nF and R3 = 100 Ω, R1max = R2max = 1 kΩ + 100 Ω. Perhatikan panjang saluran ℓ untuk menghitung nilai per satuan panjang: Panjang Saluran 60 m Konstanta baris dihitung sebagai berikut menggunakan nilai LS yang ditentukan dan RLS serta dikenal panjang garis ℓ: LS' = LS / ℓ und RLs' = RLs / ℓ. Mengukur resistansi longitudinal dan induktansi pada frekuensi yang tercantum dalam tabel dan masukkan nilai yang diperoleh bersama dengan pengaturan

pengukuran resistor dan konstanta dihitung dalam tabel. Pengaturan menyapu direkomendasikan ditunjukkan pada kolom kedua tabel. f/KH

µs/DIV

z 100

1

70

2

50

2

40

5

20

5

R1/Ohm

R2/Ohm

Ls/µH

Rs/Ohm

Ls’[µH/m ]

Induktansi dan resistansi longitudinal garis 60m Panjang line 20m segment dan ulangi pengukuran. Panjang Saluran 40 m f/KHz

µs/DIV

100

1

70

2

50

2

40

5

20

5

R1/Ohm

R2/Ohm

Ls/µH

Rs/Oh

Ls’[µH/m]

Rs’[Ohm/m]

m

Induktansi dan resistansi longitudinal saluran 40m Melanjutkan panjang line 20m segment dan ulangi pengukuran. Panjang Saluran 20 m f/KHz

µs/DIV

100

1

70

2

50

2

40

5

20

5

R1/Ohm

R2/Ohm

Ls/µH

Rs/Ohm

Ls’[µH/m]

Rs’[Ohm/m]

Induktansi dan resistansi longitudinal dari 20m line Kesalahan pengukuran terjadi di frekuensi yang lebih tinggi, membandingkan garis yang dipilih pada bagian depan dengan yang lain. Apa yang menjelaskan perbandingan RLS dan RLS’ dengan nilai-nilai yang diukur dengan Jembatan Wheastone RLS' jauh lebih besar. RLS berubah berbanding terbalik dengan panjang garis. RLS' dibagi menjadi dua. RLS and RLS' hampir identik dalam kedua pengukuran.

Menentukan Kapasitansi Line Dalam percobaan ini, kita akan menentukan kabel koaksial ini kapasitansi dan melintang konduktansi, dan menggunakan hasilnya untuk memastikan konstanta melintang sesuai (kapasitansi dan konduktansi per satuan panjang). Mengatur percobaan seperti yang ditunjukkan di bawah ini : 

Hubungkan saluran 60m untuk pengukuran jack X17 dan meninggalkan



akhir garis terbuka. Hubungkan ANALOG OUT S dan _|_ ke osiloskop channel B, dan melalui



kabel koaksial pendek untuk jembatan socket X9 BNC. Mengukur diagonal (jembatan) tegangan melalui trafo pada saluran osiloskop A. Untuk melakukannya, menghubungkan soket X10 / T ke



BNC masukan A pada UniTrain-I interface. UniTrain jembatan pengukuran impedansi universal dapat dikonfigurasi ulang sebagai jembatan Wien dengan cara switch beralih. Untuk tujuan ini, menggunakan skema yang ditunjukkan berikutnya.

Switch

Posisi

Meaning

ST1

Atas

dengan transformer

ST2

Kiri

R1 = R1.1 + R1.2

ST3

Kiri

R2 = R2.1 + R2.2

ST4

Bawah

Tanpa transformer

ST5

Tengah

Tanpa C1

ST6

Atas

C = C3

ST7

Bawah

Tanpa C2

Mulai generator fungsi melalui menu "sumber Instrumen / Voltage", atau dengan mengklik icon di bawah. Function generator settings Mode:

Mulai oscilloscope

SINE

Amplitude:

1:1, 50%

Frequency:

Start: 2 kHz

dan mengaturnya seperti yang ditunjukkan berikutnya. Instrument:

Oscilloscope

Time base:

50 µs / div

Channel A:

1 V / div AC

Channel B:

5 V / div AC

Trigger:

Channel B or off

Mode:

XT or XY

Nol menyeimbangkan diagonal jembatan (channel A) bergantian menggunakan potensiometer R1 dan R2. Pada prinsipnya, menyeimbangkan mungkin dalam mode XY dan XT, asalkan modus XY osiloskop ini diatur sehingga tepat satu periode sinyal pengukuran ditampilkan dalam modus XT.Sebuah diagram sirkuit ekuivalen paralel lebih cocok untuk indikasi yang jelas dari konstanta melintang garis ini.

Perhitungan tersebut juga dapat dilakukan secara langsung berdasarkan pengaturan dari seri-terhubung jembatan Wien pada frekuensi menggunakan persamaan berikut:

Selama pengukuran dalam kisaran tertentu, yang ditambakan kuadrat ternyata menjadi kecil dibandingkan dengan 1: (ω • C • R2)² << 1, ω = 2•π•f, Oleh karena itu dapat totalnya dapat diabaikan. Dalam pendekatan ini: Cp = Cs. Dengan diberikan garis panjang ℓ, konstanta melintang kemudian dapat diwakili dengan cara biasa : C'SP= CSP / ℓ G'CSP = GCSP/ ℓ

Line length in m

60 m

Penyeimbangan

Nol

diagonal

jembatan

(channel

A)

bergantian

menggunakan potensiometer R1 dan R2. Pada prinsipnya, menyeimbangkan mungkin dalam mode XY dan XT jika rekomendasi dari bab tentang amplitudo dan balancing fase diamati.Karena sinyal sinusoidal dari UniTrain-I yang dihasilkan secara digital, mereka mengandung komponen switching-operasi frekuensi yang sangat tinggi di samping komponen direct-tegangan dalam mVrange. f / KHz 60 50 40 30

us/DIV 2 2 5 5

R1/Ohm

R2/Ohm

Cp/nF

Gcp/uF

Cp’[pF/m]

Gcp’[uS/m]

Sejak jembatan balancing tidak dapat dicapai untuk komponen frekuensi tinggi tersebut, mereka tetap sebagai jenis noise selama nol balancing. Cobalah untuk menemukan keseimbangan nol untuk gelombang fundamental. f / KHz

us/DIV

60 50 40 30

2 2 5 5

R1/Ohm

R2/Ohm

Cp/nF

Gcp/uF

Cp’[pF/m

Gcp’[uS/m

]

]

Kapasitansi dan konduktansi pada 60m Memperpendek garis dengan bagian 20 m dan ulangi pengukuran.. Line length in m

40 m

Kapasitansi dan konduktansi pada 40m Memperpendek garis dengan bagian 20 m dan ulangi pengukuran... Line length in m f / KHz

us/DIV

60 50 40 30

2 2 5 5

R1/Ohm

20 m

R2/Ohm

Cp/nF

Gcp/uF

Cp’[pF/m

Gcp’[uS/m

]

]

Kapasitansi dan konduktansi pada 20m Bandingkan pembacaan diperoleh. Manakah dari pernyataan berikut ini yang benar? a. b. c. d.

CS tetap konstan terlepas dari panjang garis. CS' tidak berubah. CS dibagi dua ketika panjang garis adalah dua kali lipat. CS 'perubahan proporsional dengan RS.

Mengukur Kapasitansi Tanpa Jembatan Mengukur kapasitansi garis melalui simulasi low-pass dengan Bode plot dan membentuk sebuah square-wave sinyal tegangan. Pengaturan pengukuran untuk keduanya menggunakan

filter low-pass

yang sama. Peneliti pada UniTrain tidak diperlukan disini. Pengukuran pada kabel koaksial dengan berturut-turut dengan panjang 20 m, 40 m und 60 m.

Pengaturan ditunjukkan  

dari

percobaan

di

bawah ini :

Link input B dihubungkan dengan output sinyal S and _|_ . Hubungkan A- to _|_ dari output sinyal, and A+ dengan mengukur resistor R = 10 kΩ ke S.



Hubungkan line yang diukur dengan coaxial jack ke pengukuran A and biarkan line terbuka di ujung lainnya.

Mengukur Kapasitansi Menggunakan Bode Plot Pilih Bode plot

dari special tools pada kanan atas dan gunakan

untuk

menunjukkan pengaturan yang tersedia di bawah ini. 

∩ Input > Channel A o

Automatic matching 

o 

AC

Pratinjau (sesuai pilihan, dan coba)

∩ Output: o Nilai initial of 20 Hz o Nilai akhir 20,000 Hz atau2e4 Hz o Logaritma, nilai 500 o Amplitudo of 10 V, offset of 0 V o 1 pengukuran, waktu tunggu 0 ms.



Diagram ∩ properti: o Skala sumbu, frekuensi angular: Minimum 100, maximum 1E5 (logarithmic) o Skala sumbu, fungsi transfer [dB]: Minimum -20, maximum 10, division 3 o Gunakan tangan kanan pada tombol mouse, pilih frekuensi angular omega [1/s] pada sumbu X.



Pada panjang 20 m, 40 m dan 60 m, mulai Bode plot dengan sampai dia selesai, lalu gunakan cross-hairs

, tunggu

pada setiap kasus untuk

menentukan frekuensi cut-off angular ω3dB pada kurva berwarna biru dari transfer function [dB] memotong garis horizontal −3dB. Kelompokkan ketiga garis tersebut pada diagram yang sama tanpa menghapus semuanya.



Kapasitansi garis dicari menggunakan persamaan:

CP = 1 / ω3dBR (R = 10 kΩ)



Kapasitansi garis per satuan panjang adalah CP'.



Masukkan frekuensi cut-off ωc = ω3dB sebagai kapasitansi total dan kapasitansi per satuan panjang dan selanjutnya dihitung pada table dibawah ini , dan copy Bode plot pada placeholder yang disediakan .

Mengukur kapasitansi Menggunakan Sinyal Square-Wave dan Oscilloscope

Biarkan pengaturan diatas tidak diubah, ulangi lagi pengukuran pada panjang garis 20 m, 40 m dan 60 m. Mulai dengan function generator menggunakan menu "Instruments / Voltage sources", atau menekan tombol pada ikon seperti di bawah ini.

Function generator settings

Hidupkan oscilloscope

Mode:

RECTANGLE

Amplitude:

1:1, 100%

Frequency:

500 Hz

dan atur seperti dibawah ini.

Instrument:

Oscilloscope

Time base:

100 µs / div

Channel A:

10 V / div AC

Channel B:

10 V / div AC

Trigger:

Channel B or off

Cursor:

Channel A

Gunakan "T" pada posisi atas, geser trigger point ke kanan per satu division (DIV).

Menentukan waktu konstan.

τ = Cp • R

Untuk mendapatkan hasilnya, hitung kenaikan waktu T dari −10 V to 0 V menggunakan pasangan vertical cursor T1 and T2. Salin

hasil pada oscilloscope termasuk cursor lines pada placeholder yang

tersedia. Pada kasus dari urutan pertama low-pass filter yang bekerja disini, sinyal diwakili oleh fungsi exponential EXP( −t / τ ). Oleh karena itu:

T = ln( 0.5 ) • τ = 0.693 • τ τ = T / ln( 0.5 ) = 1.443 • T

dan

Cp = τ / R = T / 0.693R ≈ 1.443 • T / R.

Test

Pada pengukuran yang mudah dari line constants, line yang dipilih adalah ...

Harus lebih panjang dari 1 km.

Harus lebih pendek dibandingkan dengan panjang Pilih salah satu gelombang.

jawaban yang benar.

Dapat mempunyai beberapa ukuran yang dapat digunakan.

Sebuah induktansi spesifik pada line ditunjukkan pada ...

µH atau nH. Jawaban dapat

µH/m atau nH/m.

benar jika lebih dari satu.

µH/km

atau

nH/km.

Kerugian line's transverse per satuan panjang pada dielectric adalah ...

konduktansi G [S]. Jawaban dapat Resistansi per satuan panjang R/l [W/m].

benar jika lebih dari satu.

Konduktansi per satuan panjang G/l [S/m].

Line constants tergantung pada panjang line.

Benar .

Salah .

Pengukuran Impedansi Karakteristik Via Short dan Open Circuit Sekarang kita akan menentukan impedansi karakteristik sebagai fungsi frekuensi dengan pengukuran impedansi short circuit dan open circuit dari saluran 60m.

Pengaturan percobaan seperti ditunjukkan selanjutnya Percobaan UniTrain tidak diperlukan di sini. Lakukan koneksi seperti ditentukan di bawah ini. • S ke A + • Ground ke B• B + menjadi A• Resistor shunt 100 Ω untuk B + dan Ground Gunakan plug BNC, masukkan awal saluran ke jack koaxial pada input A. Buka diagram Bode

dan gunakan

ditentukan selanjutnya. •

∩ Input> channel A o

Matching otomatis  AC

o •

Preview (opsional) ∩ Output

o Frekuensi>  Nilai awal: 1000 Hz  Nilai Akhir: 1E6 Hz

untuk melakukan pengaturan yang

 Logaritma, bernilai 500 o Amplitudo 10 V, offset 0 V, 4 pengukuran, masa periode0 ms. Tinggalkan akhir dari saluran terbuka dan mulai merekam diagram Bode dengan mengklik

.

Setelah rekaman selesai, saluran short circuit ini diakhiri dengan jumper dan mulai merekam diagram Bode lagi

, tanpa menghapus data apapun . Gunakan

menu item "Diagram", atur diagram untuk dimensi yang tepat kemudian salin ke placeholder yang disediakan di bawah.

Dengan bantuan kursor

baca nilai | F [dB] | pada frekuensi yang tercantum

tabel di bawah, dan gunakan hubungan yang diketahui dari F [dB] = 20 • log (F) pada kombinasi dengan R shunt = 100 Ω untuk menghitung nilai columnar berikut: | | Fw | [dB] = ( |Fopen| [dB] + |Fshort| [dB] ) / 2 | Zw | = R • 10| Fw | [dB] / 20 Pengukuran arus saluran diperlukan sebagai nilai referensi (tegangan dalam diagram Bode) melalui R = 100 Ω pada saluran B, dan mengukur tegangan pada input kabel coaxial pada saluran A. Dengan kondisi tersebut, R merupakan terminator yang hampir ideal untuk impedansi sangat rendah

input line , sumber sinyal S memiliki

Peredaman Matched Line Di sini, kita akan mengukur peredaman matched line’s sebagai fungsi dari frekuensi dan panjang garis.

Pengaturan percobaan seperti yang ditunjukkan selanjutnya. Mulailah dengan kabel 60m. Perpendek kabel

menjadi 40 m dan 20 m.

Sambungkan salah satu ujung kabel (BNC jack) ke konektor BNC

ganda.

Akhirnya, ukur juga salah satu kabel coaxial pendek yang Anda digunakan sebagai persediaan jalur selama pengukuran jembatan. Redaman (lebih pendek dan mungkin lebih tebal) pada segmen kabel

akhir

diabaikan, sehingga Anda akan mengukur peredaman umum dari dua transisi konektor BNC. Redaman kabel ditentukan selama tiga pengukuran pertama kemudian dapat dikoreksi oleh redaman konektor ini. Lakukan koneksi seperti ditentukan selanjutnya. •

S via 100 Ω ke B +, _ | _ langsung ke B-

•

Input BNC pada saluran B untuk input line

•

Input BNC pada saluran A ke output line

•

Sebentar saja paralelkan resistor 100 Ω dengan saluran A

Mengukur peredaman pada 70 kHz, di mana impedansi gelombang kabel coaxial yang digunakan sekitar 100 Ω.

Mulai fungsi generator melalui menu " Instrumens / Voltage sources", atau dengan mengklik icon di bawah. Function generator settings

Mulai osiloskop

Mode:

SINE

Amplitude:

1:1, 100%

Frequency:

70 kHz

dengan mengatur seperti ini: Instrument:

Oscilloscope

Time base:

50 µs / div

Channel A:

5 V / div AC

Channel B:

5 V / div AC

Trigger:

Channel B

Mode:

XT

Dengan posisi saluran horizontal pada sinyal sinusoidal maximal dan minimal dengan menggunakan kursor, ukur nilai puncak ke puncak pada channel A dan B, dan masukkan kedua nilai dalam formulir yang disediakan lebih lanjut di bawah. Hitung redaman dalam satuan desibel [dB] sebagai berikut: α = VppA / VppB A[dB] = 20 • log(α) Redaman A0 pada baris pertama (0 m) menggambarkan pengaruh dua transisi konektor BNC (ke UniTrain-I interface). Oleh karena itu single Transisi BNC memiliki peredaman sebagai berikut: Ac = A0 / 2 Pengukuran kedua (baris kedua , 20 m) juga melibatkan dua transisi konektor; kedua saluran lainya (40 m dan 60 m) terdiri dari koneksi plug selanjutnya . Pada kolom "A-n * Ac [dB]" dari setiap baris ("0 m"), Kurangi jumlah dari redaman dari semua transisi untuk mendapatkan redaman garis murni. Bagikan dengan panjang garis akhir untuk menghasilkan redaman spesifik (per m). I/m

VppA

VppB

dUB/dUA

A[dB]

A-Ac [dB]

(A-Ac)/I

0 20 40 60 Peredaman dari Berbagai Panjang Kabel Koaksial Redaman dalam satuan dB pada range operasi frekuensi rendah, yaitu 70 kHz (ZL = 100 W) dalam hal ini adalah .. independen dari panjang saluran. sebanding dengan panjang saluran sebanding dengan kuadrat dari panjang saluran.

Pertimbagkan redaman pada skala DB logaritmik.

Pada frekuensi yang dipilih, kabel koaksial mempunyai perkiraan nilai peredaman berikut ini : a = 3 dB/100m

Pengukuran Waktu Transit Pulsa Di percobaan ini, kita akan memastikan waktu transit untuk satu pulsa yang dikirimkan melalui satu kabel koaksial.

Mengatur percobaan seperti yang ditunjukkan gambar:

Langkah-langkahnya: Mulailah dengan kabel 20m yang terdiri satu bagian yang terhubung . Kemudian mengukur 40 m yang terdiri dari dua bagian yang terhubung, dan terakhir 60m yang terdiri dari tiga bagian yang terhubung. Sambungan selanjutnya yang ditentukan dengan. 

S melalui 100 Ω ke b +, _|_ secara langsung ke b



Input BNC dari channel B untuk saluran terakhir



Input BNC dari channel A untuk saluran awal



Sebentar saja paralel kan resistor 100Ω dengan channel A

Memulai generator pulsa melalui menu "Instruments / Voltage sources " atau dengan meng-klik ikon di bawah ini. Pengaturan generator pulsa

Memulai osiloskop

Mode:

Unipolar

Amplitude:

1:1, 75%

Pulse width:

10%

Frequency:

50 kHz

dan atur dengan pengaturan seperti di bawah ini. Instrument:

Oscilloscope

Time base: 1 µs / div

Channel A: 5 V / div AC Channel B: 5 V / div AC Trigger:

Channel B + 0,1 div y, +1 div x

Untuk masing-masing panjang saluran, gunakan kursor grafis (A atau B) untuk mengukur perbedaan waktu T (waktu transit) di antara kejadian munculnya pulsa pada channel A (diakhir saluran) dan channel b (diawal saluran). Salin jejak osiloskop yang diperoleh dengan mengatur kursor placeholder yang disediakan disini. Masukkan waktu transit T pada tabel hasil dan hitung propagasi taksiran pulsa yang melalui saluran. Selalu ukur waktu transit pada basis dimana pulsa dimulai. Kalau urutan pulsa tidak stabil, hentikan osiloskop dengan

kemudian ukur waktu transit nya.

Pengukuran Pulsa yang di Refleksikan Mengukur kabel data dengan pulsa yang di refleksikan

Refleksi Pulsa Hanya jarang sekali kemungkinkan untuk melakukan pengukuran di saluran awal dan saluran akhir, seperti dalam pembelajaran ini. Jika pengukuran hanya mungkin di ujung saluran, pulsa akan direfleksikan, dan kemudian diukur pada titik yang sama di garis pulsa aslinya. Untuk mencapai pemisahan yang tepat, pulsa yang digunakan sangat sempit. Atur percobaan seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Kami akan menjalankan UniTrain-I eksperimen kartu pulsa generator SO4203-9P sebagai sumber sinyal di sini. Kartu ini menggunakan tingkat pengulangan frekuensi dari 100 kHz atau 200 kHz untuk menghasilkan uji sempit pulsa dengan kenaikan yang sangat curam dan hampir bereksponensial jatuh. Hubungkan BNC T-piece (cabang) ke output pulsa generator dan ubah toggle switch generator ke kiri (tingkat pengulangan 100 kHz). Melalui cabang BNC, hubungkan saluran B (coaxial) dan saluran 60m untuk generator pulsa. Mulai osiloskop dan atur seperti yang ditunjukkan berikut.

Instrument:

Oscilloscope

Time base:

1 µs / div

Channel A:

Off

X=

1 µs/DIV X/T (B)

Channel A= Off Channel B= 0.5 V/DIV DC

Channel B: Trigger:

200 mV / div Channel B + 0,1 div y, +1 div x

Awalnya ujung dari saluran terbuka. Menggunakan kursor grafis (A atau B), ukur waktu transit antara outbound dan inbound pulsa pada channel B. Masukkan perbedaan waktu T dalam tabel yang disediakan di bawah. Selalu ukur waktu transit dari awal pulsa. Jika pulsa tidak stabil, hentikan osiloskop dengan

dan kemudian ukur waktu transit.

Refleksi pada Saluran Ujung Terbuka Catatan bahwa amplitudo berkurang secara eksponensial bukannya linear. Sebagai pendekatan yang berguna untuk sistem eksperimental kita, penurunan maksimum yang diizinkan pulsa 1 sampai 0,86 (-1,26 dB) untuk sinyal outbound, dan 0,86-0,75 (-1,26 dB) untuk sinyal inbound. Ini sesuai dengan redaman pada kabel koaksial yang digunakan. Dalam kasus saluran empat-kawat, redaman lebih rendah dan dapat diperkirakan sebagai 0 dB (konstan tinggi pulsa). Dengan menggunakan kursor, ukur perbedaan waktu antara input dan pulsa tercermin pada saluran B, dan masukkan nilai dalam tabel. Atur tingkat gerakkan (T-penanda di sebelah kiri) sehingga hanya pulsa asli yang diukur, dan pulsa tercermin yang kecil tidak dapat terdeteksi. Salin hasil yang diperoleh pada osiloskop ke placeholder di bawah ini.

Pulsa Refleksi pada Keadaan Open Circuit, Kabel 60 m Ulangi percobaan dengan saluran ujung pendek. Untuk tujuan ini, gunakan kabel drum 4mm plug pendek.

Pulsa refleksi pada kabel hubung pendek

Salin hasil yang diperoleh pada osiloskop ke placeholder di bawah ini. 1 µs/DIV X/T (B)

X=

Channel A= Off Channel B= 0.5

V/DIV DC

Pulsa Refleksi pada Saluran Ujung 60m yang Short Circuit Ukur transit pulsa waktu T dan gunakan itu untuk menentukan tingkat propagasi pulsa vg melalui kabel coaxial yang digunakan. Berapa jarak yang Jarak = 60 m,

Waktu = 10 μs,

vg = 1.6 m/μs.

diperlukan pulsa untuk melintasi ?

Pada baris akhir dengan impedansi gelombang, refleksi pulsa idealnya tidak terjadi.

Pencocokan: Tidak ada Refleksi Ideal yang Terjadi

Lepaskan konektor korslet dan akhiri kabel dengan BNC 50 Ω resistor. Salin hasil yang diperoleh pada osiloskop ke placeholder di bawah ini. X=

1 µs/DIV X/T (B)

Channel A= Off Channel B= 0.5 V/DIV DC

Tidak ada refleksi pulsa pada baris akhir Refleksi Pulsa untuk Mendiagnosa Kesalahan Dalam prakteknya, reflectometry digunakan untuk melokalisasi kesalahan saluran seperti interupsi dan short circuit. Waktu transit diukur dari ujung saluran, dan digunakan bersama-sama dengan kecepatan konduksi yang dikenal untuk menghitung jarak antara titik pengukuran dan kesalahan. Sebuah saluran yang rusak memiliki transit pulsa waktu 0,5μs/ 100m. Sebuah masukan pulsa di salah satu ujung kembali dengan polaritas negatif setelah 1,5 μs.

Kesalahan garis terletak pada jarak 2 m dari titik pengukuran. Kesalahan adalah ... a.

Kesalahan

b.

Short Circuit

Pertimbangkan jarak tempuh.