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金属导体中交流电速度0.23m每纳秒,张操老师的超光速可以休矣

已有 4578 次阅读 2016-4-29 20:41 |系统分类:科研笔记

之前我的博文有报告同轴电缆中,交流电的传播速度的测量,是2/3光速。http://blog.sciencenet.cn/blog-588007-867397.html, 可是,张操先生说同轴电缆跟他的金属导体不一样。

今天我做了三个测试,测试设备和setup 与前一篇博文一致: 信号发生器的输出经过一个3 端口 BNC connector (1端口输入,2 端口输出,对称结构)分成两路信号。

1)方波脉冲在两对双导线上的传播。双导线一根连接BNC的芯和探头的正极,另一根连接BNC地和探头的地。 长的一对双导线是2.6m, 短的一对双导线是0.4m. 示波器上,两路脉冲信号的延时是9.5ns. 所以交流电速度为: 0.23m/ns.  方波脉冲频率从1KHz to 1MHz, 脉冲延时没明显变化。也就是传播速度没有显著随时间变化。

2)方波脉冲在两根导线上的传播。导线连接BNC的芯和探头的正极,探头的地接BNC的地。 长的导线是2.6m, 短的导线是0.4m. 示波器两路脉冲信号的延时是9.5ns. 所以交流电速度为: 0.23m/ns. 方波脉冲频率从1KHz to 1MHz, 脉冲延时没明显变化。也就是传播速度没有显著随时间变化。

3)正弦波在两根导线上的传播。长的导线是2.6m, 短的导线是0.4m. 正弦波频率从1KHz to 10MHz. 频率从1KHz to 1MHz, 示波器上两路正弦波重合,没有可观察的延时。这是因为负载不匹配而造成电压波反射,而反射电压波与入射波叠加后还是正弦波,产生额外相移, it cancels the phase shift caused by propagation delay。数值仿真证明了这一 点。正弦波频率从6MHz to 10MHz,示波器上两路正弦波信号有非常明显时延,时延随频率而显著变化。所以,用正弦波测速度并不合适。


静电场建立速度看参见:

http://blog.sciencenet.cn/blog-588007-867595.html

 

拍摄6MHz, 7MHz, 8MHz,9MHz 和10MHz的波形。



示波器等效电路


我们仿真了sine wave and Square wave 的传播。负载分别为50 ohm, 1Meg ohm 和25pf in parallel. 因为一般示波器探头有15PF to 25 pF. Simulation results 如下:

Square wave:

在负载匹配和不匹配情况下,用方波都可以得到10ns 延时。

Sine Wave


负载匹配时,10ns 延迟,不匹配时,没有延迟。显然,低频看不到延迟是因为负载严重不匹配所致,而不是因为超光速。



https://blog.sciencenet.cn/blog-588007-973704.html

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