Tại sao các định luật mạch cơ bản bị phá vỡ ở tần số cao AC?

Chúng ta mới bắt đầu toàn bộ cảnh RF đã xử lý DC và AC tần số thấp cho tất cả các khóa học trước đây của chúng tôi.

Tôi hiểu rằng ở tần số cao AC, các luật mạch cơ bản không áp dụng nữa và các mô hình thành phần thụ động cổ điển cần phải được thay đổi. Lý do cho điều này là ở truyền dẫn AC tần số cao, bước sóng trở nên nhỏ hơn nhiều và đôi khi có thể nhỏ hơn so với hệ thống dây trên PCB, v.v.

Tôi hiểu rằng đây là một vấn đề khi truyền qua không gian trống với sóng điện từ nhưng tại sao đây lại là vấn đề với dây dẫn vật lý thực tế và PCB được điều khiển bởi nguồn AC? Ý tôi là đó là một kết nối trực tiếp, chúng ta không sử dụng sóng điện từ để truyền qua không gian trống và vì vậy bước sóng và những thứ không nên quan trọng phải không?

Trên thực tế, đó là tất cả về sóng. Ngay cả khi làm việc với DC, tất cả đều được quản lý bởi điện trường và từ trường và sóng.

Các "luật cơ bản" không phá vỡ. Các quy tắc bạn đã học là đơn giản hóa cung cấp câu trả lời chính xác trong các điều kiện nhất định - bạn chưa học các quy tắc cơ bản. Bạn sắp học các luật cơ bản sau khi đã sử dụng các đơn giản hóa.

Một phần của các điều kiện giả định cho các quy tắc đơn giản là mạch nhỏ hơn nhiều so với độ dài sóng của tín hiệu liên quan. Trong các điều kiện đó, bạn có thể giả sử rằng tín hiệu ở cùng trạng thái trên toàn mạch. Điều đó dẫn đến rất nhiều đơn giản hóa trong các phương trình mô tả mạch.

Khi tần số tăng cao hơn (hoặc các mạch lớn hơn) do đó mạch là một phần đáng kể của bước sóng, giả định đó không còn hiệu lực.

Ảnh hưởng của bước sóng đến hoạt động của các mạch điện trước tiên trở nên rõ ràng ở tần số thấp nhưng với các mạch rất lớn - đường dây điện báo.

Khi bạn bắt đầu làm việc với RF, bạn đạt được các bước sóng sao cho kích thước của một mạch nằm trên bàn của bạn là một phần đáng kể của bước sóng của các tín hiệu được sử dụng.

Vì vậy, bạn bắt đầu phải chú ý đến những điều bạn có thể thuận tiện bỏ qua trước đây.

Các quy tắc và phương trình mà bạn hiện đang học cũng áp dụng cho các mạch tần số thấp hơn, đơn giản hơn. Bạn có thể sử dụng những điều mới để giải các mạch đơn giản hơn - bạn chỉ cần có thêm thông tin và giải các phương trình phức tạp hơn.

Chúng luôn là các định luật cơ bản của EM, nhưng ở tần số thấp hơn, chúng tôi thấy việc giải các phương trình vi phân đa chiều này khá khó, và không phải tất cả đều có lợi để hỗ trợ sự hiểu biết của chúng tôi về mạch. Bạn không muốn phải gọi phép đối xứng để giải một cách chính xác một phương trình lan truyền dọc theo dây nếu chênh lệch ròng giữa dây ngắn 18ga và dây 0000 dài là 0,0000001% đối với các hành vi bạn quan tâm.

Theo đó, mọi người đã tích hợp các phương trình này cho các trường hợp đơn giản, như dây ở tần số thấp và tìm thấy các phương trình bạn đã đưa ra trong các lớp trước đó. Chà, chính xác hơn, chúng tôi đã tìm thấy các phương trình này trước tiên, sau đó tìm thấy phương trình Maxwell khi chúng tôi đẩy sâu hơn vào EM, và cuối cùng cho thấy rằng các phương trình ban đầu phù hợp với Maxwell.

Cá nhân, tôi thấy tốt nhất để khám phá điều này bằng ví dụ. Tôi muốn lấy một ví dụ từ cuốn sách nổi tiếng: The Art of High Speed ​​Digital Design (phụ đề: A Handbook of Black Magic). Trong phần giới thiệu, họ chỉ ra các lựa chọn loại tụ điện quan trọng như thế nào. Họ đưa ra tuyên bố phi thường rằng ở tốc độ cao, một tụ điện có thể trông giống như một cuộn cảm vì dây dẫn của nó là hai dây song song. Dây song song có độ tự cảm.

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

Tương tự như vậy, ở tần số cao, khó có thể bỏ qua thực tế là dây phát ra bức xạ EM. Ở tần số thấp, hiệu ứng này là không đáng kể, nhưng ở tần số cao, một lượng lớn năng lượng có thể bị tiêu tán trong chính dây.

Bởi vì các giả định theo yêu cầu của mô hình phần tử gộp bị vi phạm. Mô hình phần tử gộp là những gì cho phép bạn phân tích các thiết bị như điện trở được kết nối bởi các nút, mà không cần xem xét bố trí vật lý của thiết bị và mạch.

Mô hình phần tử gộp lại giả định:

1. Sự thay đổi của từ thông trong thời gian bên ngoài một dây dẫn bằng không.

2. Sự thay đổi của điện tích trong thời gian bên trong các phần tử dẫn điện bằng không.

3. Độ dài đặc trưng ('kích thước' của các nút và thiết bị) nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của tín hiệu quan tâm.

Có rất nhiều câu trả lời phức tạp (và phải) ở đây. Tôi sẽ thêm một tương tự đơn giản - nghĩ về súng bắn súng:

• ở khoảng cách 10 cm, thời gian di chuyển của đạn chỉ là khoảng cách / vận tốc và điểm trúng đạn nằm trên đường thẳng giống với rìu của nòng súng
• ở khoảng cách 10 m mà bạn thấy, viên đạn đã bắn trúng mục tiêu thấp hơn, vì trọng lực kéo nó xuống một chút và bạn phải điều chỉnh mục tiêu của mình cho nó
• ở 20 m bạn cần điều chỉnh nhiều hơn, vì trọng lực ảnh hưởng đến nó nhiều hơn
• ở 100 m bạn thấy, ngay cả khi trọng lực được tính vào, nó không phù hợp. Tại sao? Vâng, có và không khí và viên đạn cũng bị chậm lại. Chúng ta cũng thấy, viên đạn đang làm mọi thứ khác, ngoài việc bay thẳng, khi nó quay kết hợp với nó vận tốc thẳng đứng nén không khí ở một bên và những viên đạn đang nhảy múa ở đó. Ngoài ra chúng ta có thể thấy, nó có thể không hoàn toàn đồng nhất, điều này làm tăng thêm yếu tố di chuyển của nó
• ở độ cao 1000 m chúng ta có thể thấy, vẫn còn một thứ khác - vâng, Trái đất đang quay và nó cũng đang đếm
• vì vậy hãy đi lên cao hơn, nơi nó sẽ không kết thúc quá trình bay của nó trên mặt đất quá nhanh, nói trên quỹ đạo và bắn vào đó - một lần nữa có nhiều thứ để đếm - chúng ta cũng quên mất trọng lực mặt trăng
• và trên khoảng cách xa hơn chúng ta thấy, không chỉ có lực hấp dẫn của Mặt trời, mà còn có ánh sáng phát ra từ Mặt trời, nó cũng đẩy nó một chút và tất cả các hạt hoạt động tự động tạo ra dòng điện nhỏ trong đó và các trường ma thuật ...
• và trong các dấu vết rất dài (như giữa các vì sao) cũng là lực hấp dẫn của các thiên hà khác (không đáng ngạc nhiên), nhưng con bò đực của chúng ta đã có thời gian để thay đổi cấu trúc bên trong của nó, vì ngay cả đầu chì cũng cực kỳ phá vỡ các nguyên tố hóa học khác bằng sự phân rã phóng xạ

Chà, bây giờ nó cực kỳ phức tạp, vì vậy hãy quay trở lại khoảng cách 10 cm khi bắt đầu - điều đó có nghĩa là thời gian công thức = khoảng cách / vận tốc không hoạt động? Hoặc không làm việc công thức siêu phức tạp cuối cùng của chúng tôi?

Chà, cả hai đều hoạt động, vì tất cả những yếu tố mà chúng tôi dần dần thêm vào các tính toán của chúng tôi vẫn còn tồn tại, chỉ trên khoảng cách ngắn như vậy, sự khác biệt rất nhỏ, đến mức chúng tôi thậm chí không thể đo được. Và vì vậy chúng tôi có thể sử dụng công thức "đơn giản" của mình - không hoàn toàn chính xác, nhưng trong một số điều kiện hợp lý cho kết quả chính xác hợp lý (nói đến 5 chữ số thập phân) và chúng tôi có thể học nhanh, áp dụng nhanh và nhận kết quả, là chính xác (đến 5 chữ số thập phân) ở thang đo rất thú vị đối với chúng tôi.

Điều tương tự cũng xảy ra với DC, AC chậm, tần số Radio, tần số cực cao ... mỗi phiên bản sau là phiên bản chính xác hơn của phiên bản trước, mỗi phiên bản trước là phiên bản đặc biệt của tình huống sau, trong đó các khác biệt nhỏ là rất nhỏ, chúng ta có thể loại bỏ chúng và nhận được kết quả "đủ tốt".

Ý tôi là đó là một kết nối trực tiếp, chúng ta không sử dụng sóng điện từ để truyền qua không gian trống và vì vậy bước sóng và những thứ không nên quan trọng phải không?

Đó là một giả định rất sai lầm . Các tín hiệu vẫn là sóng EM và vẫn là sóng EM, nếu chúng truyền qua không gian trống hoặc một dây dẫn. Luật pháp vẫn như cũ.

Tại các kết nối (dây) theo thứ tự độ dài của bước sóng, bạn không còn có thể sử dụng phương pháp "phần tử gộp". Phương pháp "yếu tố gộp" có nghĩa là các kết nối được coi là "lý tưởng". Đối với tín hiệu tần số cao ở khoảng cách theo thứ tự bước sóng và lớn hơn, phương pháp này không hợp lệ.

Vì vậy, hãy nhớ rằng: luật EM không thay đổi khi sóng EM truyền qua không gian hoặc dây dẫn, chúng được áp dụng trong cả hai trường hợp. Sóng EM vẫn là sóng EM trong không gian trống hoặc trong một dây dẫn.

Chúng không bị hỏng, nhưng khi thời gian tăng lên tới 10% hoặc nhỏ hơn độ trễ lan truyền đến kết hợp trở kháng tải là quan trọng do bước sóng đó. Trở kháng tải được đảo ngược với nguồn ở bước sóng 1/4 cho dù nó được tiến hành hay bức xạ.

Nếu tải không phải là trở kháng phù hợp với phản xạ "đường truyền và nguồn" sẽ xảy ra theo một số hệ số gọi là tổn thất trở lại và hệ số phản xạ.

Dưới đây là một thí nghiệm bạn có thể làm để chứng minh sóng EM được tiến hành.

Nếu bạn thử dò sóng vuông 1 MHz trên đầu dò phạm vi 10: 1 với clip mặt đất 10 cm, bạn có thể thấy cộng hưởng dỗ gộp 20 MHz. Có, đầu dò không khớp với máy phát 50 ohm nên sự phản xạ sẽ xảy ra theo dây dẫn đất 10 nH / cm và dỗ đầu dò đặc biệt 50 pF / m. Nó vẫn là một phản ứng yếu tố gộp (LC).

Giảm đầu dò 10: 1 xuống dưới 1 cm chỉ còn đầu pin và vòng mà không có clip nối đất dài, làm tăng tần số cộng hưởng có lẽ đến giới hạn của đầu dò và phạm vi ở 200 MHz.

Bây giờ hãy thử dỗ dỗ 1: 1 1 m là 20 ns / m để sóng vuông 20 ~ 50 MHz trên dỗ 1 m với đầu dò 1: 1 sẽ thấy phản xạ tại một phần của bước sóng và phản ứng sóng vuông khủng khiếp trừ khi chấm dứt ở phạm vi với 50 ohms. Đây là một phản xạ sóng EM được tiến hành.

Nhưng hãy xem xét tín hiệu logic nhanh với thời gian tăng 1 ns có thể có trở kháng nguồn 25 ohm và nó có băng thông> 300 MHz để quá mức có thể là lỗi đo lường hoặc trở kháng thực tế không phù hợp với phản xạ độ dài theo dõi.

Bây giờ hãy tính 5% bước sóng 300 MHz với tốc độ 3e8 m / s đối với không khí và 2e8 m / s đối với dỗ và xem thời gian trễ lan truyền là gì gây ra tiếng vang từ tải không khớp, ví dụ: CMOS cao Z và nói các rãnh 100 ohm . Đây là lý do tại sao các trở kháng được kiểm soát thường cần trên 20 ~ 50 MHz và điều này như là một hiệu ứng đối với việc đổ chuông hoặc quá mức hoặc không khớp trở kháng. Nhưng không, đây là lý do tại sao logic có một vùng màu xám lớn như vậy giữa "0 & 1" để cho phép một số nhạc chuông.

Nếu bất kỳ từ nào là không biết, tìm kiếm chúng.

Mặc dù điều này đã được trả lời một vài lần, tôi muốn thêm lý do mà cá nhân tôi thấy mở mắt nhất và được lấy từ cuốn sách "Kỹ thuật vi sóng Planar" của Tom Lee (chương 2.3).

Như đã chỉ ra trong các phản hồi khác, hầu hết mọi người đều quên rằng luật Kirchoff chỉ là các xấp xỉ giữ trong các điều kiện nhất định (chế độ gộp) khi hành vi bán tĩnh được giả định. Làm thế nào để nó đến với những xấp xỉ này?

Hãy bắt đầu với các câu hỏi của Maxwell trong không gian trống:

Phương trình 1 nói rằng không có sự phân kỳ trong từ trường và do đó không có đơn cực từ (nhớ tên người dùng của tôi! ;-))

Phương trình 2 là định luật Gauss và nói rằng có các điện tích (đơn cực). Đây là những nguồn của sự phân kỳ của điện trường.

Phương trình 3 là định luật của Ampe với sửa đổi Maxwell: Nó nói rằng dòng điện thông thường cũng như điện trường biến đổi theo thời gian tạo ra từ trường (và cái sau tương ứng với dòng điện dịch chuyển nổi tiếng trong tụ điện).

Phương trình 4 là định luật xa và nêu một từ trường thay đổi gây ra sự thay đổi (độ cong) trong điện trường.

Phương trình 1-2 không quan trọng đối với cuộc thảo luận này nhưng phương trình 3-4 trả lời hành vi sóng đến từ đâu (và vì phương trình Maxwell là chung nhất, nên chúng áp dụng cho tất cả các mạch bao gồm DC): Thay đổi trong E gây ra cơ hội trong H gây ra một sự thay đổi trong E và vv. Là các điều khoản khớp nối tạo ra hành vi sóng !

Bây giờ giả sử trong giây lát mu0 bằng không. Sau đó, điện trường không bị cong và có thể được biểu thị dưới dạng độ dốc của điện thế, cũng ngụ ý rằng tích phân đường xung quanh bất kỳ đường dẫn kín nào là 0:

Voila, đây chỉ là biểu hiện lý thuyết thực địa của Luật điện áp của Kirchhoff .

Tương tự, đặt epsilon0 về 0 sẽ cho kết quả

Điều này có nghĩa là độ phân kỳ của J bằng 0 có nghĩa là không có dòng điện (net) nào có thể tích tụ tại bất kỳ nút nào. Điều này không gì khác hơn là Luật hiện hành của Kirchhoffs .

Trong thực tế epsilon0 và mu0 tất nhiên không phải là không. Tuy nhiên, chúng xuất hiện trong định nghĩa về tốc độ ánh sáng:

Với tốc độ ánh sáng vô hạn, các thuật ngữ ghép sẽ biến mất và sẽ không có hành vi sóng nào cả. Tuy nhiên, khi kích thước vật lý của hệ thống nhỏ so với bước sóng thì độ chính xác của tốc độ ánh sáng là không đáng chú ý (tương tự như sự giãn nở thời gian luôn tồn tại nhưng sẽ không đáng chú ý đối với tốc độ thấp và do đó phương trình Newton là gần đúng Lý thuyết tương đối Einsteins).

Tín hiệu điện cần có thời gian để truyền qua dây dẫn (và dấu vết PCB). Chậm hơn sóng EM qua chân không hoặc không khí, luôn luôn.

Ví dụ, một cặp xoắn trong cáp CAT5e có hệ số vận tốc là 64%, do đó tín hiệu truyền đi ở mức 0,64c và nó sẽ đi khoảng 8 "trong một nano giây. Một nano giây là một thời gian dài trong một số bối cảnh điện tử. chu kỳ trong một CPU hiện đại, ví dụ.

Bất kỳ cấu hình nào của dây dẫn có kích thước hữu hạn đều có độ tự cảm và điện dung và (thường là) điện trở để có thể xấp xỉ bằng cách sử dụng các thành phần gộp ở mức độ chi tiết mịn hơn. Bạn có thể thay thế dây bằng 20 cuộn cảm và điện trở nối tiếp bằng 20 tụ điện vào mặt phẳng đất. Nếu bước sóng rất ngắn so với độ dài, bạn có thể cần 200 hoặc 2000 hoặc .. bất cứ điều gì để gần đúng dây và các phương pháp khác có thể bắt đầu trông hấp dẫn, chẳng hạn như lý thuyết đường truyền (thường là khóa học nâng cấp một học kỳ cho EE) .

"Các định luật" như KVL, KCL là các mô hình toán học gần đúng với thực tế trong các điều kiện thích hợp. Các luật tổng quát hơn như phương trình Maxwell áp dụng chung hơn. Có thể có một số tình huống (có lẽ là tương đối tính) khi phương trình Maxwell không còn chính xác nữa.

Đó là một làn sóng. Điều tương tự đang diễn ra ở đây là điều tương tự được nói đến khi nó đề cập đến việc "dòng điện di chuyển với tốc độ ánh sáng" mặc dù các electron "di chuyển" chậm hơn nhiều. Trên thực tế, đó là khoảng 2/3 (IIRC) tốc độ ánh sáng trong hầu hết các vật liệu dẫn điện - vì vậy khoảng 200 000 km / s. Cụ thể, khi bạn ném một công tắc, chẳng hạn, bạn gửi một sóng điện từ xuống mạch, khiến các electron bị kích động chuyển động. Đó là một làn sóng "bước" trong trường hợp đó - đằng sau nó, trường cao, ổn định, phía trước nó, bằng không, nhưng một khi nó vượt qua thì các electron hiện đang chuyển động. Sóng di chuyển trong một môi trường ở tốc độ chậm hơn so với trong không gian trống, nhưng chúng vẫn truyền qua phương tiện truyền thông - đó là lý do tại sao, sau tất cả, ánh sáng đó có thể xuyên qua kính.

Trong trường hợp này, nguồn điện áp liên tục "bơm" qua lại và do đó sẽ thiết lập các sóng dao động theo cùng một cách, di chuyển với cùng tốc độ. Ở tần số thấp, như 60 Hz, chiều dài của các sóng này dài hơn nhiều so với quy mô của một thiết bị ở quy mô con người, cụ thể là với tần số cụ thể đó khoảng 3000 km (200 000 km / s * (1/60 giây)), so với có thể 0,1 m (100 mm) đối với PCB cầm tay thông thường, nghĩa là khoảng 30 000 000: 1, và do đó bạn có thể coi nó như một dòng điện đồng nhất đang thay đổi theo định kỳ.

Mặt khác, đi lên để nói 6 GHz - vì vậy các ứng dụng RF vi sóng như trong công nghệ truyền dẫn viễn thông - và bây giờ bước sóng ngắn hơn 100 triệu lần, hoặc 30 mm. Đó là cách nhỏ hơn quy mô của mạch, sóng rất quan trọng và bây giờ bạn cần các phương trình điện động phức tạp hơn để hiểu điều gì đang xảy ra và ole 'tốt Kirchhoff sẽ không cắt mù tạt nữa :)

Một câu trả lời đơn giản hơn: bởi vì các thành phần ký sinh không được vẽ trong sơ đồ mạch của bạn bắt đầu đóng một vai trò:

• điện trở loạt (ESR) và độ tự cảm loạt của tụ điện,
• tăng sức đề kháng của dây do hiệu ứng da,
• giảm xóc song song (dòng điện xoáy) và điện dung song song của cuộn cảm,
• điện dung ký sinh giữa các nút điện áp (ví dụ giữa các dấu vết PCB bao gồm "mặt đất"),
• độ tự cảm ký sinh của các vòng hiện tại,
• độ tự cảm kết hợp giữa các vòng hiện tại,
• sự ghép của từ trường giữa các cuộn cảm không được bọc, có thể phụ thuộc vào cực tính ngẫu nhiên của vị trí thành phần,
• ...

Đây cũng là chủ đề của EMC, rất quan trọng nếu bạn muốn xây dựng các mạch thực sự hoạt động trong lĩnh vực này.

Ngoài ra, đừng ngạc nhiên nếu bạn thậm chí không thể đo được chuyện gì đang xảy ra. Trên một MHz hoặc hơn, nó trở thành một nghệ thuật để kết nối đúng một đầu dò dao động.

Bạn đã có rất nhiều câu trả lời tuyệt vời cho câu hỏi của bạn, vì vậy tôi sẽ không nhắc lại những gì đã được nói.

Thay vào đó, tôi sẽ cố gắng giải quyết ý kiến ​​của bạn cho các câu trả lời khác nhau. Từ các bình luận bạn đã đăng, bạn dường như có một sự hiểu lầm cơ bản về các quy luật vật lý điều chỉnh các mạch.

Bạn dường như nghĩ rằng "các electron chuyển động trong một dây" là một thứ gì đó không liên quan đến sóng EM. Và sóng EM chỉ phát trong một số tình huống hoặc kịch bản nhất định. Điều này về cơ bản là sai.

Như những người khác đã nói, phương trình Maxwell (ME từ bây giờ) là chìa khóa để thực sự hiểu vấn đề. Những phương trình đó có khả năng giải thích mọi hiện tượng EM được nhân loại biết đến, ngoại trừ hiện tượng lượng tử. Vì vậy, họ có một phạm vi ứng dụng rất rộng. Nhưng đó không phải là điểm chính tôi muốn làm.

Điều bạn nên hiểu là các điện tích (ví dụ điện tử), tạo ra một điện trường xung quanh chúng chỉ bằng chính sự tồn tại của chúng. Và nếu chúng di chuyển (tức là nếu chúng là một phần của dòng điện) thì chúng cũng tạo ra từ trường.

Du lịch sóng EM (những gì mọi người thường thường hiểu như EM "sóng") chỉ là những tuyên truyền của các biến thể của điện trường và từ trên không gian ( "chân không") hoặc bất kỳ phương tiện vật chất khác.

Về cơ bản đó là những gì MEs nói.

Ngoài ra, ME cũng cho bạn biết rằng bất cứ khi nào một trường khác nhau (có thể là điện hoặc từ) thì "tự động" trường khác sẽ tồn tại (và nó cũng thay đổi). Đó là lý do tại sao sóng EM được gọi là Điện từ : một điện trường biến đổi theo thời gian (ngụ ý) ngụ ý sự tồn tại của từ trường biến đổi theo thời gian (ngược lại) và ngược lại. Không thể có trường E khác nhau nếu không có trường M khác nhau và đối xứng, không thể có trường M khác nhau mà không có trường E khác nhau đi kèm.

Điều này có nghĩa là nếu bạn có dòng điện trong mạch và dòng điện này không phải là DC (nếu không nó chỉ tạo ra từ trường tĩnh), bạn S HAVE CÓ sóng EM trong tất cả không gian xung quanh đường đi của dòng điện . Khi tôi nói "trong tất cả không gian", tôi có nghĩa là "tất cả không gian vật lý", bất kể cơ thể nào chiếm không gian đó.

Tất nhiên, sự hiện diện của các cơ thể làm thay đổi "hình dạng" (tức là đặc điểm) của trường EM được tạo bởi dòng điện: trên thực tế, các thành phần là "cơ thể" được thiết kế để thay đổi trường đó theo cách được kiểm soát.

Sự nhầm lẫn trong lý luận của bạn có thể đến từ thực tế là các thành phần gộp được thiết kế để hoạt động tốt chỉ với giả định rằng các trường thay đổi chậm . Về mặt kỹ thuật, đây được gọi là giả định trường bán tĩnh : các trường được giả sử thay đổi rất chậm để rất giống với các trường có trong tình huống DC thực sự.

Giả định này dẫn đến sự đơn giản hóa mạnh mẽ: cho phép chúng tôi sử dụng luật của Kirchhoff để phân tích một mạch mà không có lỗi đáng kể. Điều này không có nghĩa là xung quanh và bên trong các thành phần và đường ray PCB không có sóng EM. Quả thực là có! Tin tốt là hành vi của chúng có thể được giảm một cách hữu ích thành dòng điện và điện áp cho mục đích thiết kế và phân tích mạch điện.

Bạn thực sự đang hỏi hai câu hỏi: 1) "Tại sao các luật cơ bản bị hỏng" ở tần số cao AC. 2) Tại sao chúng cũng bị hỏng khi sử dụng "dây vật lý thực tế ..."

Câu hỏi đầu tiên đã được đề cập trong các câu trả lời trước, nhưng câu hỏi thứ hai khiến tôi tin rằng tâm trí của bạn chưa chuyển từ "điện tử chuyển động" sang sóng EM di chuyển, mà tôi sẽ giải quyết.

Bất kể sóng EM được tạo ra như thế nào , chúng đều giống nhau (khác với biên độ và tần số). Chúng lan truyền với tốc độ ánh sáng và theo đường "thẳng" .
Trong trường hợp cụ thể khi chúng được tạo ra bởi các điện tích chảy trong dây , sóng sẽ theo hướng của dây !
Tại mọi thời điểm , khi xử lý các khoản phí di chuyển, bạn đang xử lý các sóng EM . Tuy nhiên, khi tỷ lệ bước sóng so với kích thước của mạch đủ cao, hiệu ứng bậc 2 và bậc cao đủ nhỏ để cho các mục đích thực tế, chúng có thể bị bỏ qua.

Tôi hy vọng nó bây giờ đã rõ ràng rằng các dây chỉ phục vụ để chỉ đạo những con sóng EM, chứ không phải là thay đổi bản chất của họ.

Bạn cần thay đổi cách bạn nghĩ về điện. Hãy nghĩ về khái niệm này như một electron dao động trong không gian trống. Trong DC các dao động đẩy và thay thế các electron trong cùng một vectơ định hướng chung. Ở tần số cao, các chuyển vị diễn ra theo nhiều hướng với tốc độ cao hơn và ngẫu nhiên hơn, và mỗi khi bạn thay thế các điện tử thì có gì đó xảy ra, và sử dụng các phương trình được liệt kê ở đây và trong sách giáo khoa giúp mô hình hóa những gì sẽ xảy ra. Khi bạn đang thiết kế, bạn đang cố gắng tạo ra một mô hình và xác định các mô hình của những gì đang xảy ra và sử dụng nó để giải quyết các vấn đề.