[分享]交流關于“直流”和特征阻抗

ID:40652 · 發表于 2013-3-4 17:59

關于“直流”和特征阻抗：

特征阻抗是傳輸線的特征參數，與其截面形態和材質有著密切的關系。由于傳輸線的介質特性和信號頻率也有關系，所以特征阻抗也還與信號頻率有一定的關系。不過，這不是關鍵所在（如果以空氣為介質的話，其頻率影響基本可以忽略）。下面要討論的是，傳輸線（或一般的輸電線）的直流狀態是如何建立的，以兩個理想模型（無耗傳輸線）說明之。

如果有一根特征阻抗為50歐姆的電纜（傳輸線），一端短路，另一端接入電源情形會如何？這50歐姆的特征阻抗在期間起了什么作用？

1）設接入的電源電壓為10V，內阻為50歐姆。

接入電源后，傳輸線內將由電源射入一列行波。由于傳輸線的特征阻抗為50歐姆，容易知道其行波的電壓為5V，電流為0.1A。此入射行波到達短路終點后，將反射回來。反射波（也是一列行波，但方向相反）的電壓為-5V，電流為0.1A，其回到電源端后被源端匹配電阻吸收不再反射。如此，可以看到有個“點”，開始由電源出發向負載端（短路）移動。此時此“點”的源邊（向電源那段）電壓和電流分別是5V/0.1A，而其負載邊（向短路負載那段）電壓和電流分別是0V/0A。遇短路終點后，此“點”反向行駛。此時此“點”的源邊（向電源那段）電壓和電流分別還是5V/0.1A，但其負載邊（向短路負載那段）電壓和電流分別是0V/0.2A。最終，看到了“直流”穩態，即電流等于 10/50 = 0.2 A，電壓等于 0V。

2）設接入的電源電壓為5V，內阻為0歐姆（理性電壓源）。

如上一樣，入射波電壓為5V，電流為0.1A。反射波電壓為-5V，電流為0.1A。不同的是，由于源端電阻為零（交流短路），反射波到達源端后將繼續反射（方向和原始入射波一致）。此二次反射波的電壓為5V，電流為0.1A。可以看到，和上面一樣，同樣存在著一個來回移動的“點”。不同的是，在這里那個“點”將不停地來回移動。此“點”源邊電壓始終為5V，而負載邊則始終為0V。但電流卻在不斷地增加——0A、0.1A、0.2A、0.3A....。

上面描述了兩個特殊情況，感興趣者可以自己分析一下一般情況——如具有任意的源阻抗Rs和負載RL。其結論是，將最終收斂到“直流”穩態。進一步還可以分析一下上面1）、2）和一般情況下的能量流動和儲存狀態。
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