고주파수 AC에서 기본 회로 법칙이 어떻습니까?

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우리는 이전의 모든 과정에서 DC 및 저주파 AC를 다루는 전체 RF 장면을 시작했습니다.

고주파 AC에서는 기본 회로 법이 더 이상 적용되지 않으며 클래식 수동 부품 모델을 변경해야한다는 것을 알고 있습니다. 이것에 대한 정당성은 고주파 AC 전송에서 파장이 훨씬 작아지고 때로는 PCB 등의 배선보다 작을 수 있다는 것입니다.

전자기파로 여유 공간을 통해 전송할 때 이것이 문제이지만 , 실제 물리적 와이어와 PCB가 AC 소스로 구동되는 이유는 무엇입니까? 그것은 직접 연결이라는 것을 의미합니다. 우리는 자유 공간을 통해 전파하기 위해 전자기파를 사용하지 않으므로 파장과 물건이 중요하지 않습니까?

ac high-frequency

— 알파카
소스

10

DC에서 이상적인 인덕터는 짧고 이상적인 커패시터는 개방되어 있습니다. "DC에서 일광까지"한계에서 이상적인 인덕터는 개방적이고 이상적인 커패시터는 짧습니다. GHz 성능의 상한을 위해 설계된 Tektronix 오실로스코프를 열면 일련의 용량 성 스트라이핑과 전도성 트레이스가 단순한 트레이스처럼 보이는 것에 의해 형성된 전도성 경로를 볼 수 있습니다.

— jonk

9

파도가 전선의 다른 쪽 끝에 도달하는 데 시간이 걸립니다. 연한 전선 길이를 가지고 있고 배터리를 한쪽 끝에 연결하는 경우 배터리가 다른 쪽 끝에 연결된 것이 없음을 인식하기까지는 최소 1 년이 걸립니다. 그리고 그 시간에 당신의 배터리는 외관상 개방 회로로 방전 될 것입니다.

— user253751

3

@EricDuminil 그들은 또한 당신이 그들을 구축하는 방식으로 행동합니다.

— user253751

4

@immibis : 이것은 보통 무한히 긴 동축 케이블의 임피던스를 측정하는 방법입니다.

— PlasmaHH

2

"우리가 자유 공간을 통해 전달 될하는 전자파를 사용하지 않는"기술적으로 잘못된 것입니다 - 당신이없는 경우에도 하려는 물리적 전선 및 고주파 AC있을 경우, 그들에게 그 방법을 사용하려면 다음의 여유 공간을 통해 그 전파 여부 일어나고있다 당신은 그것을 원하든 원하지 않든.

— Peteris

98

실제로, 그것은 파도에 관한 모든 것 입니다 . DC를 다룰 때에도 모든 전기장과 자기장 및 파에 의해 관리됩니다.

"기본법"은 무너지지 않습니다. 배운 규칙은 특정 조건에서 정확한 답변을 제공하는 단순화입니다. 아직 기본 법을 배우지 않았습니다. 단순화를 사용한 후 기본 법칙을 배우려고합니다.

단순화 된 규칙에 대한 가정 된 조건 중 일부는 회로가 관련된 신호의 파장보다 훨씬 작다는 것입니다. 이러한 조건에서 신호가 회로 전체에서 동일한 상태에 있다고 가정 할 수 있습니다. 이것은 회로를 설명하는 방정식에서 많은 단순화로 이어집니다.

주파수가 높아질수록 (또는 회로가 더 커짐) 회로가 파장의 눈에 잘 띄는 부분이므로 가정은 더 이상 유효하지 않습니다.

전기 회로의 작동에 대한 파장의 영향은 저주파에서 매우 분명하지만 전신 회로에서 매우 큰 회로에서 분명해졌습니다.

RF로 작업을 시작하면 책상에있는 회로의 크기가 사용되는 신호의 파장의 상당한 부분이되도록 파장에 도달하게됩니다.

따라서 이전에 편리하게 무시할 수있는 것에주의를 기울여야합니다.

현재 배우고있는 규칙과 방정식은 더 단순하고 저주파 회로에도 적용됩니다. 새로운 것을 사용하여 더 간단한 회로를 풀 수 있습니다. 더 많은 정보를 얻고 더 복잡한 방정식을 풀면됩니다.

— JRE
소스

LF에서 무시할 수있는 불완전한 재료의 기생 효과는 HF 엔지니어를 물리 칠 것입니다.

— amI

53

초등학교 과학은 또한 우리를 깨물습니다. 전기는 별도의 종류의 에너지, 전자 = 에너지, 또는 전자가 Frizzle와 Bill Nye와 같이 빛의 속도로 이동한다는 잘못된 생각입니다. 실제로 모든 회로는 도파관이고, 에너지는 EM 필드로서 외부로 이동하고, 회로 에너지는 ELF 전파이며, 에너지 파는 회로를 통해 전파 될 때 전자는 약간 흔들립니다. Xmit 안테나는 전기를 EM 필드로 바꾸지 않고 이미 EM 필드였습니다. "전기"는 광자 (photon)입니다. 심지어 DC 회로조차 EM 필드의 파동 에너지를 다룹니다.

— wbeaty

그래서 기본적으로 우리는 온종일 잘못된 길을 배웠습니다.

— AlfroJang80

3

@ AlfroJango80 : 전혀 거꾸로 아닙니다. 많은 것들에 효과가있는 단순화를 배웠습니다. 바로 작업 할 수있을만큼 간단하고 유용 할 정도로 정확합니다.

— JRE

@wbeaty DC 전류에서 전자는 확실히 << c이지만 이동합니다. 그러나 DC가 아닌 시작 전압이 항상 있었기 때문에 여전히 웨이브라고 생각할 수 있습니다. 따라서 모든 시간 동안 FourierTransform에는 주파수 성분이 있습니다.

— Carl Witthoft

27

집중 요소 모델에 필요한 가정 이 위반되기 때문입니다. 일괄 요소 모델을 사용하면 장치와 회로의 물리적 레이아웃을 고려하지 않고 노드로 연결된 저항과 같은 장치를 분석 할 수 있습니다.

집중 요소 모델은 다음을 가정합니다.

도체 외부에서 시간에 따른 자속의 변화는 0이다.

\frac{\partial ϕ_{B}}{\partial t} = 0

${\frac {\partial \phi _{B}}{\partial t}}=0$

전도성 요소 내부의 시간에 따른 전하의 변화는 0입니다.

\frac{\partial q}{\partial t} = 0

${\frac {\partial q}{\partial t}}=0$

특징적인 길이 (노드 및 장치의 '크기')는 관심 신호의 파장보다 훨씬 작습니다.

L_{c} << λ

$L_c << \lambda$

— τεκ
소스

왜이 답변이 힙의 맨 위에 있지 않습니까? 그것은 근본 질문에 직접적이고 정확하게 대답합니다.

— robert bristow-johnson 2012

9

동의합니다. 그러나 설명없이이 방정식을 열거하기보다는 Kirchoff의 방정식이 Maxwell의 방정식에서 어떻게 나오는지보고 싶었습니다. Tom Lee의 "Planar Microwave Engineering"의 2.3 장은 이에 대해 상당히 잘 작동합니다.

— divB

규칙을 위반했을 때 LEM의 복잡한 모델을 정의하지는 않지만 다른 답변 이이 문제를 다루고 있지만 이것은 훌륭한 대답입니다.

— Sparky256

기존의 일괄 소자 회로 모델이 고주파수에서 작동하지 않는 경우, 연속 전송선과 유사 소자 모델링을 시뮬레이션하기 위해 덩어리를 더 추가합니다.

— richard1941

26

\nabla \cdot E = 4 π ρ

$\nabla \cdot \mathbf{E} = 4\pi\rho$

\nabla \cdot B = 0

$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$

\nabla \times E = - \frac{1}{c} \frac{\partial B}{\partial t}

$\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{1}{c} \frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}$

\nabla \times B = \frac{1}{c} (4 π J + \frac{\partial E}{\partial t})

$\nabla \times \mathbf{B} = \frac{1}{c}\left( 4\pi\mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}\right)$

그것들은 항상 EM의 기본 법칙 이었지만, 더 낮은 주파수에서, 우리는 다차원 미분 방정식을 해결하는 것이 다소 어렵고 회로에 대한 우리의 이해를 뒷받침하는 데 도움이되는 것은 아닙니다. 짧은 18ga 와이어와 긴 0000 와이어 간의 순차가 관심있는 동작과 관련하여 0.0000001 % 인 경우 와이어를 따라 전파되는 방정식을 올바르게 풀기 위해 대칭을 호출하지 않아도됩니다.

따라서 사람들은 저주파 전선과 같은 간단한 사례에 대해 이러한 방정식을 이미 통합했으며 이전 클래스에서 제공된 방정식을 찾았습니다. 더 간결하게, 우리는이 방정식을 먼저 찾은 다음 EM으로 더 깊이 들어가면서 Maxwell의 방정식을 찾은 다음 원래 방정식이 Maxwell과 일치 함을 보여주었습니다.

개인적으로, 나는 이것을 예로 들어 보는 것이 가장 좋습니다. 유명한 주제 인 The Art of High Speed Digital Design (자막 : Black Magic의 핸드북)을 예로 들어 보겠습니다. 소개에서 그들은 커패시터 유형 선택이 얼마나 중요한지를 지적합니다. 그들은 리드가 두 개의 병렬 와이어이기 때문에 커패시터가 고속에서 인덕터처럼 보일 수 있다는 특별한 주장을합니다. 병렬 와이어에는 인덕턴스가 있습니다.

$\frac{-1}{\omega C}$ $\omega L$ $\frac{-1}{\omega C} + \omega L = \frac{\omega^2 CL - 1}{\omega C}$ $\omega^2CL \ll 1$

마찬가지로, 고주파수에서는 와이어가 EM 방사선을 방출한다는 사실을 무시하기가 더 어려워집니다. 저주파수에서는이 효과가 사소한 것이지만 고주파수에서는 전선 자체에서 많은 양의 전력이 소비 될 수 있습니다.

— 코트 암몬
소스

Cort, @ τεκ의 답변이 더 많이 투표되면이 투표합니다.

— robert bristow-johnson

25

여기에는 복잡한 (그리고 올바른) 답변이 많이 있습니다. 나는 하나의 간단한 유추를 추가 할 것입니다-총을 쏴보십시오.

10cm 거리에서 총알 이동 시간은 거리 / 속도이며 히트 포인트는 배럴의 도끼와 동일한 선에 있습니다.
10m 거리에서, 중력이 약간 아래로 당겨서 총알이 목표물을 아래로 쳐서 목표를 조정해야 함을 알 수 있습니다.
20m에서는 중력이 더 많은 영향을 미치므로 더 조정해야합니다.
100m에서 중력이 계산 되더라도 맞지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 왜? 예, 공기가 있고 총알도 느려집니다. 또한 우리는 총알이 수직 속도와 결합하여 한쪽으로 공기를 압축하고 총알이 거기에서 춤을 추기 때문에 총알이 똑바로 날아가는 것 외에 다른 모든 일을하고 있음을 알 수 있습니다. 또한 우리는 아마도 완전히 균질하지 않다는 것을 알 수 있습니다.
1000m에서 우리는 아직 다른 무언가가 있음을 알 수 있습니다-예, 지구는 회전하고 있습니다.
그래서 더 빨리 올라가서, 지상에서 비행을 너무 빨리 끝내지 않을 것입니다.
그리고 더 먼 거리에서 볼 때 태양 중력뿐만 아니라 태양에서 나오는 빛도 있습니다. 이는 빛을 조금만 밀어냅니다.
스텔라처럼 극도로 긴 흔적에서 다른 은하의 중력 (놀랍게도)은 아니지만, 우리의 황소는 방사능 붕괴에 의해 납이 다른 화학 원소로 매우 천천히 침입하기 때문에 내부 구조를 바꿀 시간이 있습니다

자 이제는 매우 복잡하므로 시작시 10cm 거리로 돌아갑니다. 즉, time = distance / velocity 공식이 작동하지 않습니까? 아니면 최종 초 복잡한 공식이 작동하지 않습니까?

글쎄, 두 작품 모두 계산에 천천히 추가 한 모든 요소가 여전히 존재하기 때문에 아주 짧은 거리에서만 차이가 너무 작아서 측정조차 할 수 없습니다. 따라서 우리는 "간단한"공식을 사용할 수 있습니다. 이것은 완전히 정확하지는 않지만 일부 합리적인 조건에서는 합리적인 정확한 결과 (소수점 5 자리)를 제공하며 빠르게 배우고 빠르게 적용하고 결과를 얻을 수 있습니다. 우리에게 흥미로운 규모로 정확합니다 (소수점 5 자리까지).

DC, 느린 AC, 라디오 주파수, 초고주파도 마찬가지입니다 ... 각 다음은 이전의보다 정확한 버전입니다. 각 이전은 작은 차이가 작은 상황에서 다음의 특수 버전입니다. 그 (것)들을 나누고 "충분한"결과를 얻으십시오.

— 길 하드
소스

4

@ gilhad이 답변은 모든 EE 학생들을 위해 읽고 공부해야합니다.

— analogsystemsrf

11

그것은 직접 연결이라는 것을 의미합니다. 우리는 자유 공간을 통해 전파하기 위해 전자기파를 사용하지 않으므로 파장과 물건이 중요하지 않습니까?

그것은 매우 잘못된 가정입니다. 신호는 여전히 EM 파이며 여유 공간이나 도체를 통해 전파되는 경우 EM 파로 남아 있습니다. 법은 동일하게 유지됩니다.

파장 길이 순서대로 연결 (와이어)에서 더 이상 "집중 요소"접근 방식을 사용할 수 없습니다. "집중 요소"접근 방식은 연결이 "이상적인"것으로 간주됨을 의미합니다. 파장 순서 이상의 거리에서 고주파 신호의 경우이 방법은 유효하지 않습니다.

EM 법은 EM 파가 공간이나 도체를 통과 할 때 변하지 않으며 두 경우 모두에 적용된다는 것을 기억하십시오. EM 파는 여유 공간이나 도체에서 EM 파로 유지됩니다.

— 비펠 렉키
소스

괜찮아. 전선을 통해 AC 전압을 전송할 때 EM 파가 여전히 존재한다는 것을 이해하지만 실제 전류 흐름에는 영향을 미치지 않습니다 (대향 emf로 약간 줄임). 그렇다면 본질적으로 AC 전류가 여전히 해당 와이어를 통해 잘 흐를 때 왜 저주파 및 DC 모델을 모두 포기해야 하는가? AC 소스와 부하에서 직접 와이어를 사용할 때 너무 작은 파장이 어떻게 작동하는지 알 수 없습니다.

— AlfroJang80

"일반적인"PCB에서 예상 할 수있는 가장 높은 고속 신호의 경우에도 전체 트랙의 커패시턴스와 인덕턴스를 고려하면 집중 모델을 적용 할 수 있습니다. 결국 거리는 작습니다.

— Janka

4

@ AlfroJang80, 다이폴 안테나는 피드에서 개방 된 끝까지 한 쌍의 직접 와이어입니다. 그러나 무선 RF 신호를 송수신 할 수 있습니다. 에너지를 전송 또는 수신하지 않는 매우 짧은 와이어와 매우 효율적으로 전송 및 수신하는 1/4 파 쌍극자 사이에는 방사선 효과가 중요하지만 지배적이지 않은 중간 접지가 있어야합니다.

— 광자

3

@ AlfroJang80 "전류"가 "전자의 이동"인 간단한 상황을 생각해보십시오. 어떤 것이 전선의 첫 번째 전자가 움직이기 시작하면, 다음의 전자가 움직이고, 다음의 전자가, 그리고 긴 전선 인 경우 1km 떨어져있는 것은 무엇입니까? 답, 각 전자 주변의 전자기장. 스위치 를 열거 나 닫을 때 배터리, 스위치 및 저항기 만있는 단순한 회로 는 순간적으로 "DC 회로" 가 아니라는 점을 잊지 마십시오 . 전류는 변하기 때문에 DC 회로의 첫 번째 과정에서 분석, 당신은 그 사실 을 무시 합니다.

— alephzero

2

@ AlfroJang80 전류는 절반이며 전압은 다른 절반입니다. 이것이 핵심입니다. 전류는 EM 파의 자기 부분이고, 전압은 전자장 부분입니다. "VI"는 "EM"입니다. 모든 전선은 도파관입니다! 그러나 EM 파가 실제로 별도의 "E", 전압 및 "M"이라고 말하면 이것을 무시할 수 있습니다. 그런 다음 DC 볼트 / 앰프에만 집중하고 회로의 EM 파는 무시하십시오. 그러나 DC조차도 0Hz (또는 0.0001Hz)의 파동입니다. 회로 물리학에서는 DC가 존재하지 않으며 모든 것은 실제로는 "행"에너지가 와이어 바깥쪽으로 만 이동하는 긴 행의 전자에 의해 유도되는 EM 파입니다. .

— wbeaty

8

그것들은 고장 나지 않지만 상승 시간이 10 %에 가까워 지거나 부하 임피던스 정합에 대한 전파 지연보다 작은 경우에는 해당 파장으로 인해 중요 합니다. 부하 임피던스는 전도 또는 방사 여부에 상관없이 1/4 파장의 소스로 반전됩니다.

부하가 "전송 라인 및 소스"에 정합 된 임피던스가 아닌 경우 반사 손실 및 반사 계수 라고하는 일부 계수에 따라 반사가 발생합니다 .

다음은 전도 EM 파를 보여주기 위해 수행 할 수있는 실험입니다.

10cm 접지 클립이있는 10 : 1 스코프 프로브에서 1MHz 구형파를 프로빙하려고하면 20MHz 집중 동축 공명을 볼 수 있습니다. 예, 프로브는 50 옴 발생기와 일치하지 않으므로 10nH / cm 접지 리드와 50pF / m 특수 프로브 동축에 따라 반사가 발생합니다. 여전히 덩어리 요소 (LC) 응답입니다.

긴 접지 클립없이 핀 팁과 링으로 10 : 1 프로브를 1cm 미만으로 줄이면 공진 주파수가 프로브 및 스코프의 한계 인 200MHz로 제한 될 수 있습니다.

이제 20 ns / m 인 1 : 1 1m 동축을 시도하여 1 : 1 프로브가있는 1m 동축의 20 ~ 50MHz 구형파에서 파장의 한 부분에서 반사와 끔찍한 구형파 응답을 볼 수 있습니다. 스코프에서 50 옴으로 종료되었습니다. 이것은 전도 된 EM 파 반사입니다.

그러나 1ns의 상승 시간을 갖는 빠른 로직 신호는 25ohm 소스 임피던스를 가질 수 있고> 300MHz 대역폭을 가지므로 오버 슈트는 트랙 길이 반사와 측정 오류 또는 실제 임피던스 불일치가 될 수 있습니다.

이제 공기의 경우 3e8m / s, 동축의 경우 2e8m / s에서 300MHz 파장의 5 %를 계산하고 전파 지연 시간이 일치하지 않는 부하 (예 : CMOS high Z)에서 에코를 유발하는 원인과 100ohm 트랙을 확인하십시오. . 제어 된 임피던스가 보통 20 ~ 50MHz 이상인 이유는 링잉 또는 오버 슈트 또는 임피던스 불일치에 대한 영향입니다. 그러나 이것이없는 이유는 논리에 "0 & 1"사이의 큰 회색 영역이있어 울림이 발생할 수 있습니다.

알 수없는 단어가 있으면 찾아보십시오.

— 토니 스튜어트 Sunnyskyguy EE75
소스

@PeterMortensen ty

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

7

이것이 몇 번 대답되었지만 나는 개인적으로 가장 눈을 크게 뜨고 Tom Lee의 저서 "Planar Microwave Engineering"(2.3 장)에서 발췌 한 추론을 추가하고 싶습니다.

다른 반응에서 알 수 있듯이 대부분의 사람들은 Kirchoffs 법칙이 준 정적 행동이 가정 될 때 특정 조건 (집중된 체제) 하에서 유지되는 근사치라는 사실을 잊습니다. 이러한 근사치는 어떻게 되나요?

여유 공간에서 Maxwell의 인용으로 시작합시다.

\nabla μ_{0} H = 0 (1) \nabla ϵ_{0} E = ρ (2) \nabla \times H = J + ϵ_{0} \frac{\partial E}{\partial t} (3) \nabla \times E = - μ_{0} \frac{\partial H}{\partial t} (4)

$\nabla \mu_0 H=0 \qquad(1) \\ \nabla \epsilon_0 E = \rho \qquad(2) \\ \nabla\times H=J+\epsilon_0 \frac{\partial E}{\partial t} \qquad(3) \\ \nabla\times E=-\mu_0 \frac{\partial H}{\partial t} \qquad(4) \\$

방정식 1은 자기장에 발산이 없으므로 자기 단극이 없다는 것을 나타냅니다 (내 사용자 이름을 명심하십시오! ;-))

방정식 2는 가우스의 법칙이며 전하 (단극)가 있다고 명시합니다. 이들은 전기장의 발산 원인입니다.

방정식 3은 Maxwells 수정에 따른 암페어의 법칙입니다. 이는 시변 전기장뿐만 아니라 일반 전류도 자기장을 생성합니다 (후자는 커패시터의 유명한 변위 전류에 해당함).

수학 식 4는 패러데이 법칙이고, 변화하는 자기장이 전기장에서 변화 (컬)를 유발한다고 명시하고있다.

방정식 1-2는이 논의에서 중요하지 않지만 방정식 3-4는 파동 거동이 어디에서 오는지에 대한 답입니다 (맥스웰 방정식이 가장 일반적이므로 DC를 포함한 모든 회로에 적용됨). E 등의 변화를 일으 킵니다. 웨이브 동작을 생성 하는 커플 링 조건입니다 !

이제 순간 mu0이 0이라고 가정합니다. 그런 다음 전기장은 컬이 없으며 전위의 기울기로 표현할 수 있으며 닫힌 경로 주위의 적분 선이 0임을 나타냅니다.

V = \oint E d l = 0

$V = \oint E dl = 0$

Voila, 이것은 Kirchhoff의 전압 법칙의 현장 이론적 표현입니다 .

마찬가지로 epsilon0을 0으로 설정하면

\nabla J = \nabla (\nabla \times H) = 0

$\nabla J = \nabla (\nabla \times H) = 0$

이것은 J의 발산이 0임을 의미하며, 이는 어떤 노드에서도 (순) 전류가 축적 될 수 없음을 의미합니다. 이것은 Kirchhoffs 현행법에 지나지 않습니다 .

실제로 epsilon0과 mu0은 0이 아닙니다. 그러나, 그들은 빛의 속도의 정의에 나타납니다 :

c = \sqrt{\frac{1}{μ_{0} ϵ_{0}}}

$c = \sqrt{\frac{1}{\mu_0 \epsilon_0}}$

무한한 빛의 속도로 커플 링 항은 사라지고 웨이브 동작이 전혀 없습니다. 그러나 시스템의 물리적 치수가 파장에 비해 작을 때 빛의 속도의 유한함은 눈에 띄지 않습니다 (시간 팽창이 항상 존재하지만 저속에서는 눈에 띄지 않으므로 뉴턴 방정식은 근사치입니다). 아인슈타인의 회복 성 이론).

— divB
소스

왜 그렇게 공언을하지 않는가? 나는이 답변을 좋아한다.

— Neil_UK

1

전기 신호는 와이어 (및 PCB 트레이스)를 통해 전파되는 데 시간이 걸립니다. 항상 진공 또는 공기를 통해 EM 파보다 느립니다.

예를 들어, CAT5e 케이블의 꼬인 쌍은 속도 계수가 64 %이므로 신호가 0.64c로 이동하며 나노초에 약 8 "가됩니다. 일부 전자 상황에서는 나노초가 오래 걸립니다. 예를 들어 최신 CPU에서 순환합니다.

유한 한 크기의 도체 구성은 인덕턴스 및 커패시턴스 및 (보통) 저항을 가지므로 더 세밀한 수준의 덩어리 구성 요소를 사용하여 근사화 할 수 있습니다. 전선을 20 개의 직렬 인덕터로 교체하고 저항기를 20 개의 커패시터로 접지면에 교체 할 수 있습니다. 파장이 길이에 비해 매우 짧은 경우 200 또는 2000 또는 .. 선에 근접 할 수있는 모든 것이 필요하며 전송선 이론과 같은 다른 방법이 매력적으로 보일 수 있습니다 (일반적으로 EE의 1 학기 학부 과정) .

KVL과 같은 "법칙", KCL은 적절한 조건에서 현실을 매우 정확하게 근사하는 수학적 모델입니다. 맥스웰 방정식과 같은보다 일반적인 법이 더 일반적으로 적용됩니다. 맥스웰 방정식이 더 이상 정확하지 않은 상황 (상대 론적)이있을 수 있습니다.

— 페페 페니
소스

2

상대 론적 변환에서 변하지 않도록 Maxwell의 방정식을 수정할 수 있습니다 (Lorentz–FitzGerald). 독일어를 읽는다면 이것은 내가 빨리 찾을 수 있는 변환 된 방정식에 대한 가장 짧은 개요 일 것입니다 . 나는 또한 이것을 좋아 한다 .

— jonk

1

그것은 이다 웨이브. 여기서 일어나는 것은 전자가 훨씬 느리게 움직여도 "빛의 속도로 전기가 움직인다"고 언급 될 때도 마찬가지입니다. 실제로 대부분의 전도성 물질에서 빛의 속도는 약 2/3 (IIRC)이므로 약 200,000 km / s입니다. 특히, 스위치를 던질 때, 예를 들어 전자기파를 회로 아래로 보내면 전자가 움직이게됩니다. 이 경우 "단계"파입니다. 그 뒤에는 필드가 꾸준히 높고, 0보다 앞서지만, 일단 전자가 지나면 전자는 움직이고 있습니다. 파도는 자유 공간보다 느린 속도로 매체에서 이동하지만 여전히 매체를 통과합니다. 결국 빛이 유리를 통과 할 수 있습니다.

이 경우, 전압원은 지속적으로 앞뒤로 "펌핑 (pumping)"되고, 따라서 동일한 방식으로 동일한 속도로 움직이는 진동 파를 설정합니다. 60Hz와 같은 저주파에서 이러한 파의 길이는 사람 규모의 단일 장치의 스케일보다 훨씬 깁니다. 일반적인 휴대용 PCB의 경우 약 0.1m (100mm)로 약 30 000 : 1 : 1 스케일 팩터를 의미하므로 주기적으로 변화하는 균일 한 전류로 취급 할 수 있습니다.

다른 한편으로, 통신 전송 기술에서와 같이 마이크로파 RF 애플리케이션 인 6GHz까지 올라가면 이제는 파장이 1 억 배나 30mm 더 짧습니다. 그것은 회로의 규모보다 훨씬 작고, 파동이 중요하며, 이제 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하기 위해 더 복잡한 전기 역학 방정식이 필요합니다.

— The_Sympathizer
소스

1

더 간단한 대답 : 회로도에 그려지지 않은 기생 성분이 역할을 시작하기 때문입니다.

커패시터의 직렬 저항 (ESR) 및 직렬 인덕턴스
피부 효과로 인한 전선 저항 증가
인덕터의 병렬 감쇠 (와전류) 및 병렬 정전 용량
전압 노드 사이의 기생 용량 (예 : "접지"를 포함한 PCB 트레이스 간)
전류 루프의 기생 인덕턴스
전류 루프 사이의 결합 된 인덕턴스
비 차폐 인덕터 사이의 자기장의 결합은 부품 배치의 무작위 극성에 따라 달라질 수 있습니다.
...

EMC의 주제이기도합니다. 현장에서 실제로 작동하는 회로를 구축하려는 경우 매우 중요합니다.

또한 무슨 일이 일어나고 있는지조차 측정 할 수 없다면 놀라지 마십시오. MHz 이상에서 오실로스코프 프로브를 올바르게 연결하는 기술이되었습니다.

— 스테 센
소스

1

귀하는 귀하의 질문에 대한 훌륭한 답변을 많이 얻었으므로 이미 말한 것을 반복하지 않을 것입니다.

대신 다양한 답변에 대한 귀하의 의견을 다룰 것입니다. 당신이 게시 한 의견에서 당신은 회로를 지배하는 물리 법칙에 대한 기본적인 오해가있는 것 같습니다.

당신은 "와이어에서 전자 이동"은 EM 파와는 전혀 관련이 없다고 생각합니다. 그리고 EM 파는 특정 상황이나 시나리오에서만 작용합니다. 이것은 기본적으로 잘못되었습니다.

다른 사람들이 말했듯이 Maxwell의 방정식 (현재부터 ME) 은이 문제를 진정으로 이해하는 열쇠입니다. 이 방정식은 양자 현상을 제외하고 인류에게 알려진 모든 EM 현상을 설명 할 수 있습니다. 따라서 매우 광범위한 응용 분야가 있습니다. 그러나 그것은 내가 만들고 싶은 요점이 아닙니다.

이해해야 할 것은 전하 (예를 들어 전자) 가 그 존재에 의해서만 전기장을 생성 한다는 것입니다. 그리고 그들이 움직이면 (즉, 전류의 일부라면) 그들은 또한 자기장을 생성 합니다.

여행 EM 파 (일반적인 사람들이 EM "파"로 이해하는 것)는 공간 ( "진공") 또는 다른 물리적 매체를 가로 지르는 전기장과 자기장의 변화를 전파 한 것입니다 .

기본적으로 그것은 ME가 말하는 것입니다.

또한, ME는 전기장이나 자기장이 변할 때마다 다른 필드가 "자동으로"변할 때마다 변한다고 말합니다. 이것이 바로 EM 파가 전자기 ( electro-Magnetic) 라고 불리는 이유입니다 . (시간) 가변 전기장은 (시간) 가변 자기장의 존재를 의미하며 그 반대도 마찬가지입니다. 변화하는 M- 필드없이 변화하는 E- 필드는 존재할 수없고, 대칭 적으로, 변화하는 변화하는 E- 필드없이 변화하는 M- 필드는 존재할 수 없다.

즉, 회로에 전류가 있고이 전류가 DC가 아닌 경우 (정적 자기장 만 생성) 전류 경로를 둘러싼 모든 공간에 EM 파가 발생합니다 . 내가 "모든 공간에서"라고 말할 때, 어떤 신체가 그 공간을 차지하는 지에 관계없이 "모든 물리적 공간"을 의미합니다.

물론 몸체의 존재는 전류에 의해 생성 된 EM 필드의 "모양"(즉, 특성)을 변경합니다. 실제로, 구성 요소는 제어 된 방식으로 해당 필드를 변경하도록 설계된 "바디"입니다.

당신의 추론에 혼란이있을 수 있습니다. 집중된 구성 요소는 필드가 느리게 변화한다는 가정 하에서 만 잘 작동하도록 설계 되었기 때문일 수 있습니다 . 이를 기술적으로 준 정적 필드 가정 이라고합니다. 필드는 실제 DC 상황에있는 필드와 매우 유사하게 느리게 변하는 것으로 가정합니다.

이 가정은 과감한 단순화로 이어집니다. Kirchhoff의 법칙을 사용하여 상당한 오류없이 회로를 분석 할 수 있습니다. 그렇다고해서 주변 및 내부 구성 요소 및 PCB 트랙에 EM 파가 없음을 의미하지는 않습니다. 실제로있다! 좋은 소식은 회로 설계 및 분석을 위해 전류 및 전압으로 동작을 유용하게 줄일 수 있다는 것입니다.

— Lorenzo Donati는 Monica를 지원합니다
소스

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당신은 실제로 두 가지 질문을하고 있습니다 : 1) 고주파 AC에서 "기본 회로 법칙이 왜 파괴 되는가". 2) "실제 물리적 전선 ..."을 사용할 때 왜 고장이 나는가?

첫 번째 질문은 이전 답변에서 다루었지만 두 번째 질문은 당신의 마음이 "전자 이동"에서 EM 파도 이동으로 전환되지 않았다고 믿게합니다.

EM 파 의 생성 방법에 관계없이 동일합니다 (진폭 및 주파수 제외). 그것들은 빛의 속도와 "직선"선으로 전파됩니다 . 전선에 흐르는 전하에
의해 발생하는 특정한 경우 에, 파동 은 전선의 방향을 따라갑니다 ! 이동 요금을 처리 할 때는 항상 EM 파도를 처리해야 합니다. 그러나, 회로 대 파장의 비가 충분히 높을 때, 2 차 이상의 효과는 실제 목적을 위해 무시 될 수있을 정도로 충분히 작다.

이제 전선 이 본질을 바꾸지 않고 EM 파 를 지시 하는 역할 만한다는 것이 분명해 졌으면합니다 .

— 길
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환상적인! 정확히 내 관심사였습니다.

— AlfroJang80

마지막 한가지. 따라서 저주파 AC에서는 전자가 앞뒤로 움직이면서 전파되는 전자파가 생성됩니다. 그러나 저주파로 인해 이러한 파동에 포함 된 에너지의 양은 무시할 수 있으므로 우리가 그것들을 고려하는지 여부는 중요하지 않습니다. 고주파 AC에서이 전자기파는 훨씬 더 많은 에너지를 포함하므로 전압과 전류 파형도 회로의 다른 지점에서 지연 될 것임을 기억해야합니다. 그 맞습니까?

— AlfroJang80

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전기에 대한 생각을 바꿔야합니다. 빈 공간에서 전자가 진동하는 개념으로 생각하십시오. DC에서 진동은 동일한 일반 방향 벡터에서 전자를 밀고 이동시킵니다. 고주파수에서 변위는 여러 방향으로 더 높은 속도와 무작위로 발생하며 전자를 변위시킬 때마다 무언가가 발생하며 여기에 나열된 방정식을 사용하면 일어나는 일을 모델링하는 데 도움이됩니다. 엔지니어링 할 때 모델을 만들고 발생하는 패턴을 식별하고이를 사용하여 문제를 해결하려고합니다.

— 더블 E CPU
소스