efecto látigo en un conductor eléctrico

Question

Algunos pequeños antecedentes:

El coeficiente de reflexión, \$\$ puede calcularse según esta fórmula:

$$=\frac{Z_L-Z_S}{Z_L+Z_S}$$

Para una línea de transmisión, \$Z_S\$ es la impedancia de la línea de transmisión y \$Z_L\$ es la impedancia de entrada vista desde la línea de transmisión.

Si está utilizando un stub cerrado en la línea de transmisión, entonces \$Z_L\$ es 0, lo que da como resultado \$\$ siendo -1. Se produce un reflejo negativo total. Si está utilizando un stub abierto entonces \$\$ se convierte en 1. Se produce una reflexión total.

Por una cuerda, \$Z_S\$ es el impedancia de la cuerda en la que entra la señal y \$Z_L\$ es el impedancia del otro cosa conectándolo. Si intenta azotar la cuerda cuando el otro extremo de la cuerda está conectado a algo fijo, como un edificio, entonces el impedancia de la pared es 0, \$\$ se convierte en -1 y se obtiene una reflexión total. Si azotas y no hay nada conectando el otro extremo de la cuerda entonces obtienes un reflejo total. Correcto, nada raro.

Por tanto, se pueden utilizar las mismas ecuaciones para ambos medios de onda.

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Aquí hay una imagen de una cuerda siendo azotada, en el punto donde la cuerda pasa de delgada a gruesa, el \$\$ que describe lo que debe ocurrirle a la onda, cuánto debe reflejarse y cuánto debe atravesarla.

Como puedes ver con la flecha roja, pasar de un medio grueso a un medio fino aumenta la amplitud, y por eso funciona un látigo, porque mantienes en el extremo grueso y el látigo se hace cada vez más pequeño, lo que hace que la amplitud de la onda sea cada vez mayor, amplificada varios cientos de veces.

En una línea de transmisión, ocurre lo mismo que en la imagen anterior si tienes dos líneas de transmisión enfrentadas con impedancias diferentes.

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Ahora, aquí está waldo Si quiero hacer un látigo físico con una cuerda, entonces me aseguro de hacer el \$Z_S\$ disminuir desde mi mango hasta el otro extremo de la cuerda, o hago \$Z_L\$ más grande. Porque entonces aparece el efecto de la flecha roja de la imagen anterior. Si quiero que ocurra lo mismo con mi tensión en un conductor, debo hacer lo mismo. ¿Cómo sería ese látigo eléctrico?

Estoy imaginando que se vería como una especie de triángulo /\ y en la parte inferior de la /\ triángulo se aplica un poco de pequeña tensión y en la parte superior se obtiene una tensión masiva y posiblemente algunos corona aparece si pulsaría una batería de 9V a la misma. Estaría enrollado en papel de aluminio que estaría conectado a tierra. Por lo demás no es una línea de transmisión.

Otro waldo aparece, la razón de por qué Esto me interesa porque nunca he visto que se produzca un efecto látigo en un conductor, en el que una tensión crece más y más y más cuanto más se propaga por la línea. También estoy un poco seguro de que una antena direccional utilizar el efecto látigo, aunque no estoy seguro en absoluto. Y lo usaría para convertir pulsos en pulsos ultra altos para ver si puedo encender MOSFET's ultra rápido, mucho más rápido de lo que están especificados.

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EDITAR1

Así es como yo entiendo el diseño de un "látigo eléctrico".

Supongo que tengo que apantallarlo como un cable coaxial para que actúe como una línea de transmisión. Y si cierro el interruptor durante un breve segundo => envío un pulso, entonces \$V_x\$ debería leer algo mucho superior que 5V. Si hubiera sido un cable coaxial entonces habría estado cerca de 10 voltios. Digamos que la resistencia en el extremo tiene el valor 10k ohm. Estoy desajustando las impedancias a propósito.

Es una pena que no pueda probarlo ahora mismo.

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EDIT2

Que yo sepa, la ferrita no tiene una permitividad alta. Aunque tiene alta permeabilidad
El polvo de cobre tiene una permitividad bastante alta debido a que la superficie y la distancia entre el polvo es pequeña. Cualquier metal conductor que no sea hierro o acero puede utilizarse como polvo en lugar del polvo de cobre, supongo. El cobre se elige por su baja permeabilidad. El polvo no debe tocarse entre sí.

El látigo eléctrico tiene alta permitividad en un extremo y alta permeabilidad en el otro.

Answer 1

Tu látigo eléctrico = una línea de transmisión en la que la impedancia característica crece a medida que la onda se propaga. En las líneas de modo TEM de 2 hilos, es decir, hilos no paralelos, la distancia entre los hilos aumenta a lo largo de la distancia desde la fuente de señal.

Tienes un malentendido. No acorta el pulso. El principio y el final del pulso necesitan el mismo tiempo para viajar. Un látigo genera una explosión debido a la velocidad transversal incrasada que es en el extremo fino supersónica. Esa velocidad es análoga a la tensión en la línea y no es la velocidad de propagación. La duración del movimiento en el extremo delgado del látigo no es menor que la duración del movimiento en el extremo grueso.

Si la tensión supera la tensión de ruptura de los materiales, también puede producirse el estallido del látigo eléctrico.

En un látigo puedes aumentar la velocidad transversal fácilmente miles de porcentajes. En un látigo electrónico el cambio disponible no es tan radical, se puede hacer más fuerte cambiando gradualmente la isulación entre los alambres. Al principio debe ser altamente permisivo, al final se necesita una alta permeabilidad magnética.

El efecto de látigo electrónico (=la tensión crece a medida que se propaga la señal) puede conseguirse utilizando un haz de electrones que viaja dentro de la señal eléctrica en la línea. El resultado práctico es la amplificación en los tubos de ondas viajeras.

Answer 2

Su "látigo eléctrico" fue observado por primera vez por Nikola Tesla: bobinas de panqueque y bobinas cónicas, accionadas por impulsos simples y sin resonancia.

La parte inferior ancha del cono no resonante de Tesla es el extremo de alta corriente, mientras que la punta estrecha de la bobina es el extremo de alta tensión. O bien, un dispositivo más difícil utiliza un cilindro de diámetro constante pero con densidad graduada de espiras, con altas espiras por pulgada en el extremo de alta corriente, graduadas a bajas tpi en el extremo de alta tensión. (Por tanto, la permeabilidad graduada del hierro es más difícil de fabricar. Es mucho más fácil reducir el diámetro de la bobina o la densidad de espiras).

Un dispositivo de este tipo es un traductor de impedancia, "adaptador de impedancia" o Z-match. Se trata de una sola bobina con un efecto idéntico al de un transformador elevador: alta corriente de entrada, alta tensión de salida. Pero en la práctica se utilizan transformadores de dos bobinas, con efecto de relación de vueltas.

Su versión es una clase de guías de ondas cónicas.

He visto el Z-match cónico usado en un lugar: antena-match experimental de aficionado (en la revista QST, iirc.) Dos cables de un transmisor fueron conectados a la base de dos bobinas cónicas adyacentes. Las puntas de los conos se conectaron entonces a una antena dipolo con una longitud de onda inferior a 0,25". Esto tiene un efecto similar al conocido dispositivo de adaptación de antenas de "carga de base" utilizado para antenas de látigo eléctricamente cortas. (Pero el dispositivo de conos cónicos funciona en un amplio espectro de frecuencias, mientras que la carga base no tiene conos cónicos y requiere resonancia: o bien con sintonización variable, o bien está pensada para un estrecho rango de frecuencias de funcionamiento.

Otra geometría con un efecto similar sería una línea de transmisión "stripline" con una sección triangular cónica. Una "stripline" ancha de 3 mm en una placa de circuito impreso típica de epoxi-vidrio funcionaría a 50 ohmios y alta corriente, luego se conectaría a una sección cónica, y la punta del triángulo se fundiría en una "stripline" muy estrecha que funcionaría quizás a 300 ohmios y una tensión proporcionalmente más alta. Es como un transformador, pero sin relación de vueltas.

Una antena clásica utiliza el efecto step-up de impedancia de cinta: banda ancha antenas cónicas utilizados habitualmente en los laboratorios de pruebas de RF.

En los últimos dos años estos dispositivos se anuncian en todas las revistas de radiofrecuencia. Mantienen la ferrita constante y varían el diámetro de la bobina. El Bias-Tee emplea su efecto "látigo" para conseguir un filtrado paso bajo de banda ancha, de forma que se pueda conectar una fuente de alimentación de cc a la salida de un transistor de RF.

Otra geometría muy familiar es la guía de ondas de microondas cónica, vista en todas partes como "antenas de bocina". El extremo ancho de la bocina se adapta a la impedancia más alta del espacio vacío a 377 ohmios.

Y, por último, la campana cónica de cualquier instrumento de viento de latón es el análogo acústico de su dispositivo. Sin la forma de cuerno, la onda sonora sólo rebota de un lado a otro dentro del estrecho tubo. Añada la "campana-pareja" con su impedancia cónica, y esto conecta el tubo estrecho con el aire exterior, evitando la reflexión interna, por lo que la alta potencia acústica es capaz de escapar del tubo estrecho.

Answer 3

¿Cómo sería ese látigo eléctrico?

Estás describiendo una antena EM - convierte una entrada de baja impedancia a la impedancia del espacio libre y, al hacerlo, puede crear muchos miles de voltios en la punta: -.

I la parte inferior del triángulo /\ se aplica un poco de tensión pequeña y en el superior se obtiene una tensión masiva y posiblemente algunos corona aparece si yo una batería de 9V. Se enrolla en papel de aluminio que estaría conectado a tierra. Por lo demás no es una línea de transmisión.

Bueno, tal vez eso podría funcionar (si se aplica baja tensión en el vértice del triángulo), pero me imagino uno como este: -

También puedes hacer uno a partir de un monopolo de cuarto de onda.