Warum kümmern wir uns nicht darum, die Eingangsimpedanz von Nicht-HF-Verstärkern anzupassen?

Was verursacht die Reflexion? Warum tritt es bei anderen Frequenzen nicht auf? (wenn nicht)

Reflexionen treten bei allen Frequenzen auf, wenn die Impedanzen nicht übereinstimmen. Bei niedrigen Frequenzen, wie z. B. Audio, sind diese Reflexionen schwer zu sehen, aber sie sind trotzdem vorhanden. Reflexionen werden im Allgemeinen als signifikant bezeichnet, wenn die Frequenz hoch genug ist UND die Verbindung zwischen Sender und Empfänger lang genug ist. Irgendwo in der Größenordnung von etwa einem Zehntel einer Wellenlänge oder größer ist eine allgemeine Faustregel.

Bei 20 kHz beträgt die Wellenlänge (bei 100 % Geschwindigkeit des Lichtkabels) etwa 15 Kilometer, und wenn Sie ein Kabel von etwa 1,5 km Länge hätten, könnten Sie beginnen, die Auswirkungen von Reflexionen zu sehen.

Wenn Sie jedoch einen 100-MHz-Sender haben, sehen Sie möglicherweise den Effekt von Reflexionen bei 300 mm.

Stellen Sie sich eine Batterie und eine Glühbirne vor. Die Glühbirne ist mit einem Schalter mit der Batterie verbunden. Die Batterie und der Schalter befinden sich an einem Ende eines verlustfreien 10 km langen Kabels und die Glühlampe am anderen Ende. Wie viel Strom wird aus der Batterie gezogen, wenn der Schalter schließt? - Wie kann die Batterie wissen, wie viel Strom sie in diesem Moment liefern muss? Die Antwort ist, es kann nicht - es liefert, was das Kabel verlangt, und für ein 50-Ohm-Kabel wird ein angemessener Strom geliefert. Bei einer Spannung von 10 V würde der Strom 200 mA betragen.

Dieser wandert das Kabel hinunter (mit einer Leistung von 2 W), bis er auf die Glühbirne trifft. Die Glühbirne kann eine Impedanz von (sagen wir) 100 Ohm haben - sie will nur 100 mA bei 10 V, aber sie bekommt 200 mA - es gibt eine Fehlanpassung und die überschüssige Leistung wird über das Kabel zur Batterie und zum Schalter zurückreflektiert. Diese Energie kann nicht in der Batterie abgeführt werden, sodass sie hin und her reflektiert wird. Natürlich hat das Kabel echte Verluste und diese fressen diese Reflexion auf und das System stabilisiert sich mit 100 mA, die das Kabel hinunterfließen. Dies ist eine vereinfachte Erklärung.

Hilft Ihnen das zu verstehen?

Wenn die Schaltung an den Enden eines Kabels nicht mit der charakteristischen Impedanz des Kabels übereinstimmt, wird ein Teil der Energie, die durch das Kabel gesendet wird, am Punkt der Impedanzfehlanpassung reflektiert. Wenn das "sendende" Ende des Kabels eine Impedanz hat, die fast unendlich oder fast Null ist, während das empfangende Ende eine Impedanz hat, die entweder die Hälfte oder das Doppelte der charakteristischen Impedanz des Kabels ist, dann, wenn ein Signal an der Last ankommt, die Hälfte der Energie wird die Last speisen und die andere Hälfte wird reflektiert. Beim Erreichen des Quellenendes wird der größte Teil dieser reflektierten Energie in Richtung der Last zurückreflektiert. Wenn dieses Energiebündel die Last erreicht, geht die Hälfte davon zur Last und die Hälfte davon (dh 1/4 der ursprünglichen Energie) wird noch einmal zur Quelle reflektiert.

Der Nettoeffekt besteht darin, dass, wenn es beispielsweise 10 ns dauert, bis ein Signal eine Kabellänge durchquert, die Last die Hälfte der Energie eines Impulses 10 ns nach dem Senden erhält, ein Viertel davon 30 ns nach dem Senden und ein Achtel 50 ns nachdem es gesendet wurde usw. Nach 190 ns hat es 99,9 % der Energie erhalten, und nach 390 ns hat es 99,9999 % erhalten.

Bei Audiofrequenzen ist die Tatsache, dass die Energie, die auf einmal geliefert werden sollte, auf mehrere "Raten" im Abstand von einigen Nanosekunden verteilt wird, kein Problem, aber bei höheren Frequenzen sind solche Reflexionen ein großes Problem. Das Ausmaß, in dem Energie bei einer bestimmten Frequenz über die Zeit verteilt wird, ist eine Funktion des Anteils der Energie, der bei jedem Durchgang durch das Kabel geliefert wird, und des Prozentsatzes einer Wellenperiode, der für jede Durchquerung erforderlich ist. Wenn die Umlaufzeit ein Millionstel einer Wellenperiode beträgt, spielt es keine Rolle, ob bei jedem Durchgang nur 1/1000 der Energie geliefert wird. Wenn andererseits die Umlaufzeit im Verhältnis zur Wellenperiode erheblich ist, kann es wichtig sein, sicherzustellen, dass 99 % der Energie auf Anhieb geliefert werden.