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2012/12/14 (金) 電気回路学I演習 分布定数線路(その1) 例題 (電流は右向きを正に取るものとする) ※ 例題の解答を提出する必要はありません Vx Ix x V0 e x I0 e x V x V0 e 入射波 x I x I0 e 反射波 + I0 Ix Ix Z0 , Vx Z Vx V0 電源 x 問1. 線路上の位置 x における Vx Ix x0 と Vx Ix はそれぞれいくらか? 問2. 受電端での電流 I0 と電圧 V0 を、入射波と反射波の振幅 I 0 , V0 を使って表せ. 問3. 受電端において、入射波と反射波の振幅の比 V0 V0 問4. 受電端から x までの部分の縦続行列Kを求めよ. はいくらか? Z0とZを使って表せ. (Z0 , V0 , はいずれも正の実数) 問題 Vx j x V0 e j x 入射波 I x I0 e 反射波 I x I0 e V x V0 e j x j x I0 + Z0 , Z V0 電源 x x0 問1. 受電端から x までの部分の縦続行列を求めよ。 ※ =a+j とあらわしたとき, この問題では a=0 (無損失)ということ. 問2. 受電端に整合負荷 (Z=Z0) を接続した。x の地点から負荷側を見たインピーダンス (駆動点インピーダンス)はいくらか? 問3. 受電端を開放したとき(Z=∞)と短絡したとき(Z=0)のそれぞれについて、受電端での 入射波と反射波の比 V x を求めよ. Vx 問4. 受電端にコンデンサを接続した (Z=1/jwC ). このとき、線路上で電圧が0になる 地点はどこか? また電流が0になる地点はどこか? x=*** の形で答えよ. ※ Zin(x) =0 または∞ となる xは?ということ. これを満たすxの値はたくさんあることに注意. 2012/12/14(金) 分 解答 3 電気回路学I演習 分布定数線路 (その1) 例題の解答 問2の解答 問1の解答 入射波と反射波のそれぞれについて、電流と 電圧の比が線路の特性インピーダンス(Z0)に なっている。 従って、位置xには関係なく、 Vx Ix Vx Ix 受電端ではx=0として、 I x I0 I x I0 V x V0 , V x V0 , 受電端での電流・電圧は入射波と反射波の和なので、 Z0 V0 V x V x V0 V0 I0 I x I x I0 I0 となる。 電流の向きが入射波と反射波で逆なのでこうなる。 4 問3の解答 問4の解答 受電端での電流と電圧の比は負荷Zに等しい。よって、 V 0 ZI 0 V0 V0 Z I 0 I 0 1 V0 V0 1 V0 V0 I I 0 V0 0 Z V V V 0 0 0 1 1 V0 Z Z Z 0 V0 0 V0 Z Z 1 1 Z 0 Z 0 V0 V0 V0 辺々 V 0 で割って、 Z Z0 Z Z0 cosh x K 1 Z sinh x 0 Z 0 sinh x cosh x h 教科書p. 170, (8.26)式より. 2012/12/14(金) 分 解答 5 電気回路学I演習 分布定数線路 (その1) 問1の解答 A C 問3の解答 B cos x j sin x D Z 0 jZ 0 sin x cos x h 教科書p. 170, (8.26)式で j として得られる. 問2の解答 以下のように式で確認してもよい。 A C Z in CZ 0 D Vx Vx Z Z0 Z Z0 ・開放したとき(Z=∞) 特性インピーダンスと同じ負荷を接続したので、線路 のどこから見ても駆動点インピーダンスはZ0となる. AZ 0 B (例題の解答参照) 負荷がZのとき, 受電端での入射波と反射波の比は, B D Vx Vx 1 1 Z0 Z 1 Z0 Z 負荷 Z0 ・短絡したとき(Z=0) 受電端からxまでの部分 このA,B,C,Dに問1の結果を代入すると, Lの値に関係なく, Z in Z 0 であることがわかる. Vx Vx 1 6 問4の解答 ・電圧=0となるのは? g Z in 0 x Z0 , 分子=0として、 1 jw C 二端子対網でおきかえると... Z in cos x j sin x Z 0 jZ 0 sin x cos x AZ B j Z0 x 1 jw C sin x jZ 0 sin x 1 jw C cos x 1 w CZ 0 1 tan 1 1 w CZ 0 m ただし、 m 0 , 1, 2 , ... jw C ・電流=0となるのは? g Z in の地点。 分母=0として、 tan x w CZ 0 x CZ D cos x tan x 1 二端子対網の入力インピーダンスの公式より、 駆動点インピーダンス(Zin)は、 Z in の地点。 1 tan 1 w CZ 0 m ただし、 m 1, 2 , 3 , ... 注: 解は / おきに、周期的に存在する. ■