Charakteristiky elektrického vodiče
Obrázek 1: Schéma ekvivalentního zapojení vedení
Obrázek 1: Schéma ekvivalentního zapojení vedení
Charakteristiky elektrického vodiče
S elektrickými kabely pro napájení různých zařízení elektrickou energií se setkáváme všude. Zejména v komunikační elektronice však mají kabely jiný úkol než jen přenášet energii, například přenášet zprávy v telefonu.
Zpráva na lince však nedorazí k příjemci v nezměněné podobě na vzdálenost více než 100 kilometrů, ale podléhá mnoha vlivům na trase linky, které signál ovlivňují.
Porovnáte-li výstupní signál linky se vstupním signálem, všimnete si změn, které mají následující příčiny.
- Zkreslení,
- útlum nebo
- rozdíly ve zpoždění při různých vstupních frekvencích.
Protože každé vedení má jiné vlastnosti, ale všechna vedení podléhají stejným vlivům, lze pro vedení nakreslit schéma ekvivalentního obvodu, jak je znázorněno na obr. 1. Na vedení působí ohmický sériový odpor R, indukčnost vedení L, izolační vodivost G a kapacita vedení C.
Obrázek 2: Výpočet odporu vodiče s kruhovým průřezem
Obrázek 2: Výpočet odporu vodiče s kruhovým průřezem
Ohmický sériový odpor R
Každý vodič, bez ohledu na to, jak je kvalitní, má odpor proti průchodu proudu,
protože pohybující se elektrony vždy narážejí na atomová jádra, a jsou proto poněkud zpomalovány.
Odpor lze vyjádřit následujícím způsobem:
| R = ρ· | l | v [Ω] |
R = sériový odpor v [Ω] l = délka kabelu v [m] A = průřez kabelu v [mm²] ρ = měrný elektrický odpor v [Ω·mm²/m] |
(1) |
| A |
Parametr se uvádí v datových listech pro definovanou délku kabelu např. 1 km a pak se označuje jako odporový povlak. Vypočítá se podle následujícího vzorce:
| R' = | R | v | Ω | (2) |
| l | km |
Indukčnost L
Kolem každého vodiče, kterým protéká proud, vzniká magnetické pole. Magnetické pole se mění úměrně přiloženému střídavému napětí. Tím se ve vodiči indukuje napětí, které působí proti jeho příčině. Toto indukované napětí tak oslabuje průtok proudu. Velikost indukčnosti L závisí na následujících parametrech:
- Délce vodiče,
- průřezu vodiče a
- vzdálenost mezi přímým a zpětným vodičem.
Tento parametr je uveden v datových listech pro definovanou délku kabelu např. 1 km a je pak označován jako hodnota indukčnosti. Ta se vypočítá podle následujícího vzorce:
| L' = | L | v | mH | (3) |
| l | km |
Izolační vodivost G
V praxi neexistuje ideální izolátor, kterým by neproudil žádný proud. Proto i u izolovaného dvouvodičového vedení vždy existuje určitý unikající proud, který protéká izolací z předního do zpětného vodiče. Hodnota vodivosti se označuje G a někdy se také nazývá příčný odpor nebo svod. Izolační vodivost je rovna reciproké hodnotě jejího ohmického odporu. Jako měrná jednotka pro hodnotu vodivosti se používá S („Siemens“).
| G = | 1 | v [S] | (4) |
| R |
Parametr se uvádí v datových listech pro definovanou délku kabelu např. 1 km a pak se označuje jako hodnota vodivosti. Ta se vypočítá podle následujícího vzorce:
| G' = | G | v | S | (5) |
| l | km |
Kapacita vedení C
Každý spotřebič má odpor, na kterém klesá napětí. Je-li toto napětí přivedeno vedením ke spotřebiči, vzniká mezi přívodním a zpětným vodičem potenciálový spád.
Obrázek 3: Vznik kapacity vedení
Obrázek 3: Vznik kapacity vedení
Díky této skutečnosti se přední a zpětné vedení chovají jako desky kondenzátoru. Tato vazba prostřednictvím elektrického pole je popsána kapacitou C.
Tento parametr se uvádí v datových listech pro definovanou délku vedení např. 1 km a pak se označuje jako kapacitní povlak. Vypočítá se podle následujícího vzorce:
| C' = | C | v | nF | (6) |
| l | km |
Impedance Z
Termín „impedance kabelu“ se používá také pro vysokofrekvenční aplikace. Touto veličinou je odpor střídavého proudu Z. Jedná se o kvocient časově závislého komplexního střídavého napětí u(t) a časově závislého komplexního střídavého proudu i(t). Impedance se skládá z reálné části (ohmický odpor R) a imaginární části (reaktance X). Velikost impedance kabelu nezávisí na jeho délce. Podrobněji se tímto pojmem budeme zabývat později v souvislosti s koaxiálním kabelem.