Làm thế nào mà hai dòng điện có thể đi ngược chiều nhau trên cùng một dây, cùng một lúc mà không gây nhiễu lẫn nhau?

Giới thiệu về Lý thuyết thông tin: Biểu tượng, Tín hiệu và Tiếng ồn , của John R. Pierce, cho biết như sau:

Mặc dù tuyến tính là một tài sản thực sự đáng kinh ngạc của tự nhiên, nhưng nó không phải là một thứ hiếm. Tất cả các mạch được tạo thành từ các điện trở, tụ điện và cuộn cảm được thảo luận trong Chương I liên quan đến lý thuyết mạng là tuyến tính, và các đường dây điện báo và cáp cũng vậy. Thật vậy, thông thường các mạch điện là tuyến tính, ngoại trừ khi chúng bao gồm các ống chân không, hoặc bóng bán dẫn, hoặc điốt, và đôi khi ngay cả các mạch như vậy là tuyến tính đáng kể.

Bởi vì các dây điện báo là tuyến tính, điều này chỉ có nghĩa là vì các dây điện báo sao cho các tín hiệu điện trên chúng hoạt động độc lập mà không tương tác với nhau, hai tín hiệu điện báo có thể truyền ngược chiều nhau trên cùng một dây mà không bị nhiễu lẫn nhau. . Tuy nhiên, trong khi tuyến tính là một hiện tượng khá phổ biến trong các mạch điện, thì nó không có nghĩa là một hiện tượng tự nhiên phổ quát. Hai đoàn tàu không thể đi ngược chiều nhau trên cùng một đường ray mà không bị nhiễu. Tuy nhiên, có lẽ họ có thể, nếu tất cả các hiện tượng vật lý bao gồm trong xe lửa là tuyến tính. Người đọc có thể suy đoán về rất nhiều bất hạnh của một chủng tộc thực sự tuyến tính.

Nghĩ về điều này từ góc độ vật lý, tôi đã tự hỏi làm thế nào mà dây điện báo là tuyến tính, theo nghĩa là hai tín hiệu điện báo (nói cách khác, hai dòng điện) có thể truyền theo hai hướng ngược nhau trên cùng một dây, cùng một lúc , mà không can thiệp lẫn nhau?

Tôi đã ngây thơ nghĩ về dây như một con đường một làn, hai chiều. Trong sự tương tự này, những chiếc xe sẽ có thể đi theo một trong hai hướng, nhưng không phải cùng một lúc. Theo tôi hiểu, trong chất rắn, chuyển động của các điện tử tạo ra một dòng điện, vì vậy các electron sẽ là những chiếc ô tô. Theo lời giải thích của tác giả về tính tuyến tính, điều gì đang xảy ra ở đây với các electron cho phép dòng điện hai chiều đồng thời này xảy ra?

Tôi đã không tìm thấy bất cứ điều gì trên trang Wikipedia cho các mạch tuyến tính làm rõ tính chất vật lý này của tuyến tính.

Tôi sẽ đánh giá rất cao nếu mọi người có thể vui lòng dành thời gian để làm rõ điều này.

Tái bút: Tôi không có nền tảng về kỹ thuật điện, vì vậy một lời giải thích cơ bản được đánh giá cao.

EDIT: Dựa trên các nhận xét từ chủ đề trước, tôi hiểu rằng sự tương tự của tôi sẽ chính xác hơn nếu tôi đại diện cho các điện tử là những chiếc xe bội thu hai mặt, và sau đó tưởng tượng làn đường hai chiều mà chúng cư ngụ như những chiếc xe này, vì vậy chuyển động theo một trong hai hướng (dòng điện theo một trong hai hướng) được thể hiện bằng một chuyển động "đẩy / đẩy" tuần tự, giống như một làn sóng, được duy trì bởi mỗi chiếc xe "va chạm / huých" vào một phía trước của nó (ở phía trước) hướng của dòng điện).

EDIT 2: Tôi thấy nhiều câu trả lời đang nói với tôi rằng cốt lõi của sự hiểu lầm của tôi xuất phát từ thực tế là tôi cho rằng dòng điện và tín hiệu là cùng một thứ. Và những câu trả lời này là chính xác, tôi đã cho rằng dòng điện và tín hiệu là như nhau, bởi vì tác giả tiếp tục ngụ ý rằng chúng là cùng một thứ trong văn bản (hoặc anh ta không phân biệt rõ ràng giữa hai)! Xem các đoạn trích sau từ cùng một chương:

Trong khi Morse đang làm việc với Alfred Vail, mã hóa cũ đã bị từ bỏ và những gì chúng ta biết bây giờ là mã Morse đã được phát minh vào năm 1838. Trong mã này, các chữ cái của bảng chữ cái được thể hiện bằng dấu cách, dấu chấm và dấu gạch ngang. Không gian là không có dòng điện, dấu chấm là dòng điện có thời gian ngắn và dấu gạch ngang là dòng điện có thời gian dài hơn.

$$\vdots$$

Khó khăn mà Morse gặp phải với dây ngầm của mình vẫn là một vấn đề quan trọng. Các mạch khác nhau dẫn dòng điện ổn định như nhau không nhất thiết phải phù hợp như nhau cho giao tiếp điện. Nếu một người gửi các dấu chấm và dấu gạch ngang quá nhanh qua mạch ngầm hoặc dưới đáy biển, chúng sẽ được chạy cùng nhau ở đầu nhận. Như được chỉ ra trong Hình II-1, khi chúng ta gửi một dòng điện ngắn đột ngột bật và tắt, chúng ta nhận được ở đầu xa của mạch, sự tăng giảm dòng chảy dài hơn, trơn tru hơn. Dòng chảy dài hơn này có thể chồng lấp dòng điện của một biểu tượng khác được gửi, ví dụ, như sự vắng mặt của dòng điện. Do đó, như trong Hình II-2, khi tín hiệu rõ ràng và rõ ràng được truyền đi, nó có thể được nhận dưới dạng một sự tăng giảm mơ hồ của dòng điện rất khó diễn giải.

Tất nhiên, nếu chúng ta tạo các dấu chấm, dấu cách và dấu gạch ngang đủ dài, dòng điện ở đầu xa sẽ theo dòng điện ở đầu gửi tốt hơn, nhưng điều này làm chậm tốc độ truyền. Rõ ràng là có một cách nào đó liên quan đến một mạch truyền nhất định, tốc độ truyền giới hạn cho các chấm và khoảng trắng. Đối với cáp ngầm dưới biển, tốc độ này chậm đến mức gây rắc rối cho các máy điện báo; đối với dây trên cột cực nhanh đến mức không làm phiền máy điện báo. Các nhà điện báo ban đầu đã nhận thức được giới hạn này, và nó cũng nằm ở trung tâm của lý thuyết truyền thông.

Ngay cả khi đối mặt với giới hạn về tốc độ này, nhiều cách khác nhau có thể được thực hiện để tăng số lượng chữ cái có thể được gửi qua một mạch nhất định trong một khoảng thời gian nhất định. Một dấu gạch ngang mất ba lần thời gian để gửi dưới dạng dấu chấm. Nó đã sớm được đánh giá cao rằng người ta có thể đạt được bằng phương pháp điện báo hai dòng. Chúng ta có thể hiểu điều này bằng cách tưởng tượng rằng ở đầu thu, một điện kế, một thiết bị phát hiện và chỉ ra hướng của dòng điện nhỏ, được kết nối giữa dây điện báo và mặt đất. Để chỉ ra một dấu chấm, người gửi kết nối cực dương của pin với dây và cực âm xuống đất, và kim của điện kế di chuyển sang phải. Để gửi một dấu gạch ngang, người gửi kết nối cực âm của pin với dây và cực dương với mặt đất, và kim của điện kế di chuyển sang trái. Chúng ta nói rằng một dòng điện theo một hướng (vào dây) đại diện cho một dấu chấm và một dòng điện theo hướng khác (ra khỏi dây) đại diện cho một dấu gạch ngang. Không có dòng điện nào (ngắt kết nối pin) đại diện cho một không gian. Trong điện báo hai dòng thực tế, một loại công cụ nhận khác nhau được sử dụng.

Trong điện báo một dòng, chúng ta có hai yếu tố để xây dựng mã: hiện tại và không có dòng điện, chúng ta có thể gọi là 1 và 0. Trong điện báo hai dòng chúng ta thực sự có ba yếu tố, mà chúng ta có thể mô tả là dòng chuyển tiếp, hoặc dòng điện vào dây; không có hiện tại; dòng điện ngược, hoặc dòng điện ra khỏi dây; hoặc là +1, 0, -1. Ở đây, dấu + hoặc - chỉ ra hướng của dòng chảy và số 1 cho biết cường độ hoặc cường độ của dòng điện, trong trường hợp này là bằng với dòng chảy theo một trong hai hướng.

Năm 1874, Thomas Edison đã đi xa hơn; trong hệ thống điện báo bốn cực của mình, ông đã sử dụng hai cường độ dòng điện cũng như hai hướng dòng điện. Ông đã sử dụng các thay đổi về cường độ, bất kể thay đổi hướng của dòng chảy hiện tại để gửi một tin nhắn và thay đổi hướng của dòng chảy bất kể thay đổi cường độ, để gửi một tin nhắn khác. Nếu chúng ta giả sử các dòng điện khác nhau một dòng so với dòng tiếp theo, chúng ta có thể biểu diễn bốn điều kiện khác nhau của dòng điện bằng cách hai thông điệp được truyền qua một mạch đồng thời là +3, +1, -1, -3. Việc giải thích những điều này ở phần cuối nhận được thể hiện trong Bảng I.

Hình II-3 cho thấy cách các dấu chấm, dấu gạch ngang và khoảng trắng của hai thông điệp độc lập đồng thời có thể được biểu diễn bằng một chuỗi bốn giá trị hiện tại khác nhau.

Rõ ràng, có bao nhiêu thông tin có thể gửi qua một mạch không chỉ phụ thuộc vào tốc độ người ta có thể gửi các ký hiệu liên tiếp (giá trị hiện tại liên tiếp) qua mạch mà còn phụ thuộc vào số lượng ký hiệu khác nhau (các giá trị hiện tại khác nhau) có thể chọn trong số . Nếu chúng ta chỉ có hai ký hiệu là hai dòng +1 hoặc 0 hoặc có hiệu quả tương đương, hai dòng +1 và - 1, chúng ta chỉ có thể truyền tới người nhận một trong hai khả năng một lần. Tuy nhiên, chúng tôi đã thấy ở trên rằng nếu chúng ta có thể chọn một trong bốn giá trị hiện tại (bất kỳ một trong bốn ký hiệu) tại một thời điểm, chẳng hạn như +3 hoặc + 1 hoặc - 1 hoặc - 3, chúng ta có thể truyền đạt bằng phương tiện các giá trị hiện tại (ký hiệu) hai mẩu thông tin độc lập này: cho dù chúng tôi có nghĩa là 0 hay 1 trong thông điệp 1 và liệu chúng tôi có nghĩa là 0 hay 1 trong thông điệp 2. Do đó, đối với một tỷ lệ nhất định gửi các ký hiệu liên tiếp, việc sử dụng bốn giá trị hiện tại cho phép chúng tôi gửi hai tin nhắn độc lập, mỗi tin nhắn nhanh như hai giá trị hiện tại cho phép chúng tôi gửi một tin nhắn. Chúng tôi có thể gửi gấp đôi số chữ cái mỗi phút bằng cách sử dụng bốn giá trị hiện tại bằng cách sử dụng hai giá trị hiện tại.

Và sách giáo khoa này không thừa nhận bất kỳ kiến ​​thức vật lý hay kỹ thuật điện tiên quyết nào, vì vậy dường như người đọc không thể phân biệt được tín hiệu và dòng điện - đặc biệt là thực tế là tác giả dường như liên tục ám chỉ rằng chúng giống nhau ( hoặc không, theo bất kỳ cách rõ ràng nào, tách hai người cho những người không có nền tảng như vậy).

Giải thích vật lý là các ống dẫn sóng (bao gồm cả không gian trống) có các chế độ trực giao cho hai hướng truyền. Điều này có nghĩa là hai tín hiệu truyền theo hướng ngược nhau sẽ không gây nhiễu. (Đây không phải là một xấp xỉ, sẽ không có nhiễu).

Thiết bị phân tách tín hiệu "được truyền" và "đã nhận" là một bộ tuần hoàn . Nó cũng tồn tại trong miền quang và có thể được sử dụng để thực hiện giao tiếp song công trên một sợi quang. Trong miền RF, nó có thể được sử dụng để thực hiện tách tín hiệu truyền và nhận qua một ăng ten duy nhất (cùng lúc và ở cùng tần số). Thực tế người ta thường sử dụng các tần số khác nhau để truyền và nhận, chủ yếu là vì lý do kỹ thuật. Bộ tuần hoàn không cách ly hoàn hảo và sự phân tách không hoạt động tốt đối với các tín hiệu thu được rất yếu. Nhưng nếu có một thiết bị tuần hoàn hoàn hảo thì sự sắp xếp sẽ hoạt động.

Trong hệ thống điện thoại analog cũ chỉ có một cặp dây duy nhất, nhưng có thể nói và nghe cùng một lúc.

TL / DR: Một lời giải thích rất cơ bản là người ta có điện áp và dòng điện trong một dây và có thể được sử dụng để mang thông tin riêng biệt theo hai hướng. Hãy xem xét những điều sau đây:

Ở một bên của dây có một nguồn điện áp có thể điều khiển được và thông tin cần truyền là điện áp tức thời. Ở phía bên kia của dây có một nguồn hiện tại có thể kiểm soát (hoặc "chìm" tốt hơn). Thông tin cần truyền ở đây là dòng điện tức thời. Rõ ràng, trạm 1 (trạm có nguồn điện áp) có thể đọc tín hiệu từ nguồn 2 chỉ bằng cách đo dòng điện qua dây dẫn. Trạm 2 cũng có thể nhận tín hiệu từ trạm 1 bằng cách đo điện áp tại các cực của nguồn hiện tại. Vì vậy, điều này chứng tỏ bạn có thể truyền thông tin theo hai hướng đồng thời qua một cặp dây. Và nếu bạn nghi ngờ rằng có thể không thể kết nối nguồn / bồn hiện tại với nguồn điện áp. Điều này là hoàn toàn có thể,

EDIT: Ngoài ra còn có một lời giải thích cơ bản cho sóng: Một sóng không gian tự do có trường điện và từ (E và H) dao động. Chúng được định hướng với góc 90 ° trong không gian và có độ dịch pha theo thời gian là 90 °. Đó là + 90 ° cho chuyển tiếp và -90 ° cho hướng truyền ngược (có thể ngược lại tùy thuộc vào sự lựa chọn của hệ tọa độ hoặc dấu hiệu của pha). Ngoài ra, tỷ lệ biên độ từ trường và điện trường được cố định với trở kháng sóng của môi trường (là 377 Ohm đối với chân không). Nếu bây giờ chúng ta có sóng lan truyền ngược và xuôi, chúng ta sẽ có sự chồng chất của điện trường và từ trường ở khắp mọi nơi trong không gian và thời gian. Tuy nhiên, một sự tách biệt lý tưởng của cả hai sóng là có thể. Nói một cách đơn giản: Các trường điện sẽ thêm trong khi từ trường sẽ trừ (do tổng độ dịch pha 180 °). Do biên độ của trường E và H của mỗi thành phần có tỷ lệ cố định, chúng ta có thể thay thế trường H cho E (hoặc ngược lại) và giải quyết cho hai biên độ trường E của sóng truyền tới và ngược. Điều đó chứng tỏ rằng sự phân tách lý tưởng của hai hướng truyền là có thể.

Và lời giải thích vật lý rất trừu tượng đằng sau điều này, là - như tôi đã viết trước đó - rằng các chế độ tương ứng với hai hướng truyền luôn luôn trực giao và tín hiệu không can thiệp.

theo nghĩa là hai tín hiệu điện báo (nói cách khác, hai dòng điện) có thể truyền theo hai hướng ngược nhau trên cùng một dây, cùng một lúc, mà không gây nhiễu lẫn nhau

$0~V$$0~A$

Nếu hai sóng hiện tại truyền theo hướng ngược lại, sóng không gặp khó khăn khi truyền qua nhau, giống như hai sóng âm có thể truyền theo hướng ngược nhau trong cùng một phương tiện.

(Ở đây, màu xanh di chuyển sang trái, màu xanh lá cây sang phải và sóng đỏ là sự chồng chất của chúng. Sóng màu đỏ là phân bố dòng điện / điện áp được đo trong dây theo thời gian.)

$x^2$$x^3$$U(x, t)$$I(x,t)$

$L, C, G$$R$$x$$t$

$U$$I$$U_1(x,t)$$U_2(x,t)$

Lưu ý bên về DC:

Có hai dòng chảy ngược chiều nhau sẽ hủy bỏ đóng góp của chúng và kết quả là không có dòng điện. Ngoài ra, bạn có thể thuyết phục bản thân rằng một dòng điện một chiều (DC) không thể chảy theo cả hai hướng cùng một lúc, đơn giản là theo Luật Ohm :

$R$$U = \varphi_2 - \varphi_1$$I = \frac{U}{R}$

Nếu chúng ta làm cho cả hai tiềm năng bằng nhau, sẽ không có sự khác biệt và hiện tại sẽ bằng không.

Cách duy nhất để có một dòng điện xuất hiện ở cả hai đầu là có một nguồn ở giữa, điều này không thực sự thú vị.

Có vấn đề của bạn: tín hiệu điện báo không phải là dòng điện. (Chúng ta cũng có thể nói rằng tín hiệu điện báo là điện áp thay thế.) Điều nào là đúng? Cũng không.

Để giải quyết điều này, hãy từ bỏ các thiết bị điện tử và thay vào đó hãy quay lại với vật lý đằng sau nó. Trên thực tế các tín hiệu điện báo (và thậm chí tất cả các tín hiệu điện ở khắp mọi nơi) thực sự là năng lượng điện; điều tương tự như ánh sáng và sóng vô tuyến. Tín hiệu là những thay đổi , và một dòng điện thay đổi liên quan đến điện áp, giống như thay đổi điện áp liên quan đến dòng điện. Tín hiệu là watts, không chỉ ampe và không chỉ volt.

Năng lượng tín hiệu hoạt động khác với dòng điện trong mạch. Trong khi năng lượng kéo qua một mạch, thay vào đó là dòng ampe hoặc dòng điện tích thì không. Các khoản phí chỉ xoay qua toàn bộ vòng, hoặc có thể lắc nhẹ qua lại, nhưng dòng điện không bay về phía trước tại đèn chiếu sáng. Một cái gì đó không bay cùng tại lightpeed mặc dù. Chúng tôi đo lường nó và thảo luận về mặt watts hoặc "wattage". Các ampe không bay nhanh, các ampe khác nhau, các ampe là chuyển động chậm của "phương tiện;" phí biển đó được tìm thấy bên trong mỗi dây. Sóng so với trung bình. Hơi giống sóng âm so với gió. Dòng điện giống như gió, trong khi tín hiệu giống như sóng âm. (Và tất nhiên sóng âm thanh là gió qua lại! Không khí lắc lư, trong khi sóng truyền về phía trước.)

Làm thế nào hai tín hiệu độc lập có thể đi qua một mạch điện? Trước tiên hãy tự hỏi làm thế nào hai sóng âm thanh độc lập có thể đi qua cùng một vùng không khí. Và trên một cái ao, ném hai viên sỏi và tự hỏi làm thế nào hai mô hình gợn sóng bullseye đi qua nhau mà không tương tác. Tại sao một chùm tia laser không chặn một tia khác bất cứ khi nào chúng đi qua? Nó chỉ là thứ mà tất cả các sóng có thể làm, nếu phương tiện là tuyến tính. Trong một hệ thống tuyến tính, các sóng có thể cộng và sau đó trừ đi một lần nữa, do đó chúng giao nhau mà không tương tác. Nó hoạt động cho ánh sáng bên trong một sợi quang. Nó hoạt động cho âm thanh bên trong một ống organ. Nó hoạt động cho cáp đồng trục với các xung đi ngược chiều nhau, và nó hoạt động cho các tín hiệu điện báo truyền tại đèn chiếu qua một cặp, một mạch đơn.

Câu trả lời cho câu hỏi của bạn liên quan đến chương sóng của cuốn sách vật lý của bạn. Câu trả lời cho câu hỏi mạch cụ thể của bạn mở ra một lĩnh vực điện tử hấp dẫn: phản xạ cáp và sóng đứng trên dây.

Mặt khác, hai dòng điện trực tiếp không thể chiếm cùng một mạch, vì chúng mất bản sắc, kết hợp để tạo thành một dòng tổng. (Đừng quên rằng mỗi mạch là một cuộn cảm một lượt. Tương tự, hai điện áp khác nhau không thể chiếm cùng một tụ điện! Trong cả hai trường hợp chúng kết hợp và không thể bị trừ lại.) Hai dòng điện trực tiếp có thể chiếm một dây, Bất cứ khi nào dây đó là một phần chung của hai mạch riêng biệt. Nhưng họ làm điều này bằng cách thêm vào để tạo thành dòng thứ ba trong phần chung đó. (Ví dụ, chúng có thể trừ đi dòng điện bằng 0 trong phần đó, nếu chúng tình cờ bằng nhau và ngược lại. Một electron thực sự không thể chảy theo hai hướng cùng một lúc.)

Tuy nhiên, cùng lúc đó, hai sóng năng lượng (tín hiệu) hoàn toàn độc lập có thể truyền qua một mạch đơn. LÀM SAO? Nó liên quan đến cả E và M, và điều đó chứa đựng bí mật: để hiểu nó, chúng ta phải xem xét cả hai dây của cặp dài và chúng ta phải bao gồm điện áp cũng như dòng điện. Câu hỏi của bạn không thể được trả lời miễn là chúng ta tập trung vào một dây và dòng điện một mình, trong khi bỏ qua hai dây và điện áp trên chúng.

Trong một mạch đơn, dòng điện là một vòng tròn kín, giống như bánh đà. Nó không bắt đầu ở một nơi và chảy đến một nơi khác (thay vào đó nó chỉ đi theo chiều kim đồng hồ, CW, hoặc có lẽ là CCW, giống như một vành đai ổ đĩa.) Một dòng điện trong mạch giống như một bánh đà quay, một vòng kín. Nhưng một cái gì đó chắc chắn đi một chiều, phải không? Bất cứ khi nào pin sáng bóng đèn, một cái gì đó phải đi từ pin đến bóng đèn và không trở lại pin. Đó là một cái gì đó không phải là hiện tại. Thay vào đó là năng lượng EM, nơi dòng năng lượng được đo bằng watt; của vôn lần ampe. Trong một mạch đèn pin, công suất là dòng chảy một chiều nhanh chóng từ pin sang bóng đèn. Nhưng hiện tại là rất chậmdòng chảy tuần hoàn. Một lần nữa, "tín hiệu" đi từ pin đến bóng đèn được tạo ra từ năng lượng EM, không phải là ampe và không phải là điện tử.

Vì vậy, đây là khởi đầu của câu trả lời của bạn: trong một mạch đơn, làm thế nào chúng ta có thể biết hướng năng lượng điện đang chảy? Đơn giản: nhìn vào giá trị của công suất. Cụ thể: nhân các vôn giữa các lần nhân với các ampe qua chúng. Nếu kết quả là dương, thì năng lượng đang chảy theo một hướng và nếu nó âm thì nó sẽ chảy theo hướng khác. Với đèn pin, nối vôn kế và ampe kế của bạn để chúng cho công suất dương khi chúng ta nhân chúng lại với nhau. Sau đó, khi bạn tháo bóng đèn và lắp bộ sạc pin thay vào đó, dòng điện sẽ đảo ngược, do đó chúng ta có năng lượng chảy ngược, vào pin. (Ý tưởng này rất quan trọng với AC, trong đó nếu sóng V và I đồng bộ, năng lượng sẽ liên tục chuyển về phía trước, nhưng nếu V và tôi ở mức 180deg, thì năng lượng thay vì chảy ngược lại.)

Vì vậy, trên một sợi cáp dài, với một xung điện có công suất dương, xung sẽ được phóng to dọc bên trái, trong khi nếu công suất là âm, thì xung sẽ đi đúng. Nếu chúng ta đột ngột kết nối và ngắt kết nối pin đèn pin, chúng ta sẽ phóng ra một sóng năng lượng dọc theo hai dây. Nó di chuyển ở đèn chiếu sáng và bị bóng đèn pin hấp thụ, nó sáng lên. Nếu chúng ta để pin liên tục gắn vào, thì vẫn có một luồng năng lượng chảy vào bóng đèn, ngay cả khi không có gợn sóng nào cả. Đó là khái niệm đầu tiên trong kỹ thuật sóng cơ bản: sự truyền năng lượng điện qua các mạch ... và ý tưởng rằng "DC" thực sự chỉ là "AC" ở tần số rất thấp.

Quay lại bắt đầu lại: làm thế nào hai xung tín hiệu có thể bay theo hai hướng ngược nhau dọc theo cùng một cặp dây? (Lưu ý rằng đó phải là một cặp dây có vôn đi kèm. Không phải là một dây đơn.) Nó có thể xảy ra nếu một trong các xung có công suất dương và đi sang trái, trong khi xung còn lại có công suất âm và đi đúng. Một xung có thể bao gồm các volt dương và ampe dương, trong khi xung còn lại được tạo từ các volt âm và ampe dương. Cả hai xung là sóng EM.

PS

Aha, tôi thấy một cách tiếp cận khác! (Bỏ qua nếu bạn muốn, vì đây là thời gian dài.) Giả sử chúng ta có hai mạch riêng biệt, hai đèn pin, nhưng sau đó chúng ta ghép lại một đoạn dây ngắn từ mỗi? Hai mạch có một đoạn dây chung. Họ có tương tác không? Không, bởi vì bên trong dây chung, dòng điện chỉ cần cộng và trừ một lần nữa. Mỗi pin tự phát sáng bóng đèn riêng, bởi vì mỗi vòng mạch có điện áp pin riêng và dòng điện riêng của nó. Tuy nhiên, trong dây chung đó, dường như hai dòng điện khác nhau đang chảy! Chúng không thực sự không phải bởi vì một "dòng điện" là dòng điện trong toàn bộ một vòng, bao gồm một pin, bóng đèn và toàn bộ vòng dây dẫn kín. Trong dây kết hợp đó, hai dòng điện được thêm vào ở một đầu của dây, sau đó trừ đi lần nữa. Hai sóng năng lượng trong mỗi mạch vẫn độc lập, mặc dù các dòng điện trong dây chung của chúng có thể cộng và trừ.

Điều này cho chúng tôi thấy rằng câu trả lời cho câu hỏi ban đầu của bạn có thể liên quan đến một dây. Nó chỉ có thể được trả lời bằng cách lùi lại và nhìn rộng hơn; bằng cách bao gồm cả điện áp trên hai dây.

Điều này cũng cho thấy cách "tuyến tính" so với "phi tuyến" hoạt động. Trong dây chung, ở một đầu, hai dòng điện đã kết hợp bằng cách thêm vào với nhau. Nhưng sau đó họ hoàn toàn trừ đi một lần nữa ở đầu kia. Điều này cho phép hai vòng vẫn độc lập. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu điều này không xảy ra, và thay vào đó, các dòng điện trong một dây không phải là sự kết hợp đơn giản? Aha, đó sẽ là "NONLINEAR." Trong trường hợp đó, chúng tôi không thể tách chúng ra một cách sạch sẽ sau khi kết hợp. "Thêm vào nhau" ở một đầu của dây sẽ không hoàn toàn bằng "trừ nhau" ở đầu kia, và trong trường hợp đó, hai mạch riêng biệt sẽ bắt đầu tương tác. Một pin sẽ bắt đầu thắp sáng bóng đèn kia một chút. Các tín hiệu của hai mạch sẽ thực sự trộn lẫn với nhau.

PPPPS

Loại câu hỏi này có một lịch sử lâu dài, và một cuốn sách phổ biến về nó là THE MAXWELLIANS, bởi BJ Hunt. Oliver Heaviside khét tiếng đã phát hiện ra rằng tín hiệu điện báo thực sự là sóng EM, nhưng sau đó anh ta gần như bị đàn áp bởi William Preece, người đứng đầu văn phòng điện báo của chính phủ Anh, người "biết" rằng dấu chấm và dấu gạch ngang chỉ đơn giản là dòng chảy, giai đoạn, kết thúc câu chuyện và đừng đặt câu hỏi hoặc WH Preece sẽ khiến bạn xin lỗi! :) Heaviside đã sử dụng lý thuyết sóng EM mới của mình để giải quyết một vấn đề điện báo lớn: đối với bất kỳ tín hiệu nào truyền dọc theo đường dây điện báo 100KM, các chấm sẽ biến mất hoặc "gợn sóng" và đối với đường dây điện thoại, đường truyền dài bị biến dạng hoàn toàn và Không thể nào. (Vấn đề được phát hiện là sự phân tán sóng hoặc "chirp", trong đó các tần số thấp di chuyển nhanh hơn mức cao.) Heaviside ' s "phương trình điện báo" và "cuộn tải" của anh ấy đã khắc phục điều này, để điện báo trở thành băng thông rộng, ngay cả khi ở khoảng cách quá lớn. Anh một tay tạo ra điện thoại đường dài. Nhưng Preece đã nhanh chóng ngăn chặn sự dị giáo này bằng cách sử dụng quyền lực chính trị của mình để bắt đầu một chiến dịch nói xấu chống lại bá đạo trên báo chí, và một chiến dịch thì thầm giữa các kỹ sư. Sau đó tại Hoa Kỳ, Pupin of Columbia đã giả vờ phát minh ra cuộn dây tải của Heaviside, cấp bằng sáng chế cho họ và kiếm được hàng triệu đô qua Bell Phone, trong khi Heaviside vẫn gần như không một xu dính túi, không nổi tiếng cho đến khi anh ta chết. (Heh, một câu chuyện về Tesla / Marconi từ rất lâu trước Tesla và Marconi. Pupin thậm chí đã đóng một vai trò lớn trong sự sụp đổ của Tesla!) Vì vậy, bây giờ bạn thấy tại sao tôi lại yêu câu chuyện về sóng điện báo. Bị ám ảnh. Đừng để tôi bắt đầu! Rất tiếc quá muộn. :)

Andreas H đã đề cập đến trình tuần hoàn cho ống dẫn sóng. Trong điện thoại tương tự, công việc này được thực hiện bởi một mạch lai không hoàn hảo được gọi là cuộn cảm ứng Anti sidetone (ASTIC). Một cuộn dây lai hoàn hảo sẽ truyền và nhận lời nói đồng thời và riêng biệt, tức là tín hiệu từ máy phát của bạn sẽ truyền qua dây đến đầu thu ở đầu kia và tín hiệu từ máy phát ở xa sẽ truyền đến máy thu của bạn trên cùng một cặp dây. Người ta đã sớm nhận ra rằng mọi người cần phải nghe chính họ nói nên ASTIC cho phép một phần tín hiệu từ máy phát cục bộ truyền qua tới máy thu cục bộ.

Trong một khu vực trao đổi tương tự cục bộ, mạch sẽ có hai dây nối từ một điện thoại, thông qua các rơle trong quá trình trao đổi với điện thoại kia. Khi bạn bắt đầu di chuyển giữa các trao đổi, tín hiệu sẽ bị chia tách bởi một cuộn dây lai khi trao đổi và lời nói theo một hướng sẽ truyền trên một mạch khác sang lời nói theo hướng khác (mạch nối 4 dây). Điều này cho phép lời nói được khuếch đại do các bộ khuếch đại là đơn hướng (chỉ một chiều). Khi trao đổi từ xa, hai đường dẫn riêng biệt sẽ được kết hợp lại bởi một cuộn dây lai và chặng cuối của cuộc gọi sẽ nằm trên một cặp dây.

Lời nói trên điện thoại analog và trao đổi là 300Hz đến 3400Hz nên đây là sóng EM tần số thấp.

Tuy nhiên, nếu bạn đang truyền nguồn, AC hoặc DC, thì chúng ta không có các dòng điện khác nhau đi theo những cách khác nhau trong cùng một dây. Ví dụ, ở một trạng thái cụ thể, các công ty cung cấp năng lượng được yêu cầu cung cấp một tỷ lệ phần trăm năng lượng "xanh" nhưng họ không có đủ tài nguyên thế hệ "xanh" để họ mua năng lượng từ ngoài bang. Đồng thời họ bán năng lượng phi xanh dư thừa ngoài bang. Nếu họ mua và bán năng lượng trên cùng một kết nối (dây) thì không có hai luồng năng lượng cạnh tranh truyền theo hai hướng ngược nhau trên cùng một dây. Nếu Nhà nước A mua 500MW công suất từ ​​Nhà nước B và Nhà nước B mua 400MW công suất từ ​​Nhà nước A thì sẽ có một luồng 100MW từ Nhà nước B đến Nhà nước A. Kế toán có thể nói 500MW và 400MW nhưng thực tế điện là 100MW.

Họ can thiệp.

Tín hiệu điện truyền xuống dây như sóng trên mặt nước. và khi hai sóng gặp nhau, bạn nhận được sự không quan tâm .

Nhưng vì các dây là tuyến tính, giao thoa có dạng cộng, và do đó nó không bị phá hủy vì thông tin này, và do đó nếu bạn biết một trong các tín hiệu là gì thì bạn có thể tìm thấy tín hiệu khác bằng cách trừ.

Đường dây điện thoại sử dụng (được sử dụng?) Một mạch gọi là lai để cách ly tín hiệu đến và đi cho phép một mạch đồng duy nhất mang tín hiệu thoại theo cả hai hướng.

Máy điện báo có thể đã sử dụng một cái gì đó tương tự khi người gửi trừ tín hiệu của chính nó khỏi những gì nó nhìn thấy trên đường dây, cho phép nó xác định những gì đang đến từ đầu bên kia đồng thời truyền tín hiệu của chính nó.

Bạn đã viết:

Làm thế nào mà hai dòng điện có thể đi ngược chiều nhau trên cùng một dây, cùng một lúc mà không gây nhiễu lẫn nhau?

nhưng văn bản gốc nói:

hai tín hiệu điện báo có thể truyền theo hai hướng ngược nhau trên cùng một dây mà không bị nhiễu lẫn nhau

Đây là mâu thuẫn: tín hiệu điện báo và dòng điện không giống nhau. Dòng điện là chồng chất tuyến tính của sóng đặt trong chuyển động trên đường dây bởi các đầu dò ở mỗi đầu. Dòng điện tại một thời điểm tại một điểm trên đường chỉ có thể có một giá trị, nhưng chúng ta có thể tính giá trị đó bằng cách tính toán sự đóng góp của sóng từ các tín hiệu đặt ở mỗi đầu của dòng và cộng chúng lại với nhau.

Là một hệ thống đơn giản hơn nhưng có thể quan sát trực tiếp, hãy xem xét âm thanh phát nhạc trong phòng. Một loa không thay đổi cách sóng áp lực từ loa kia lan truyền. Độ dốc áp suất ròng tại bất kỳ điểm nào trong không gian và tức thời là kết quả của việc thêm các sóng áp suất từ ​​mỗi loa.

Mặc dù các đại lượng vật lý như dòng điện hoặc áp suất chỉ có thể có một giá trị, nhưng nếu chúng ta biết rằng các đại lượng đó bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp phụ gia của nguyên nhân, nguyên tắc chồng chất tuyến tính cho phép hệ thống được chia thành các phần nhỏ hơn có thể được xem xét riêng: trong trường hợp trạm điện báo ở mỗi đầu của đường dây và sóng mà nó tạo ra sẽ truyền xuống dòng.

Tín hiệu được tạo thành từ sóng. Sóng truyền qua nhau, và sau khi vượt qua không đổi. Sóng điện từ. Sóng trên biển cũng truyền qua nhau (mặc dù đôi khi chúng có những hiệu ứng mà tôi sẽ không nhận được). "Interfere" là một lựa chọn tồi của tác giả. Không ai có thể thực sự nói với bạn tại sao. Nhưng bạn đã biết theo bản năng rằng sóng có thể truyền qua nhau. Chỉ cần nghĩ về ánh sáng chiếu ra từ cửa sổ và xuyên qua cửa sổ cùng một lúc. Điều này dường như không phải là bối rối, phải không?

Trong câu hỏi của bạn, bạn sử dụng từ "hiện tại." Dòng điện là một vấn đề khác. Dòng điện trong một dây về cơ bản được định nghĩa là dòng điện tích qua một điểm. Đây sẽ là dòng chảy ròng. Vì vậy, không có nghĩa gì khi nói về các dòng chảy bằng cách nào đó truyền qua nhau.

Tôi đang cố gắng tránh nói về các hiệu ứng đường truyền tiên tiến hơn như điện dung và điện cảm bởi vì tôi sợ nó sẽ làm vẩn đục nước hơn nữa. Điểm mấu chốt là các tín hiệu có thể truyền qua nhau, và trong quá trình đi qua, tại vị trí của đường chuyền, chúng tác động lẫn nhau. Nhưng sau khi vượt qua, họ tiếp tục như thể việc vượt qua không bao giờ xảy ra. Chỉ cần nghĩ về ánh sáng đi qua cả hai cửa sổ.

Nó không phải là hiện tại, nhưng TÍN HIỆU đi theo bất kỳ hoặc tất cả các hướng. Đây là lý do tại sao một thiết bị cầm tay điện thoại không phải làm gián đoạn âm thanh nhận được khi bạn nói và điều đó quen thuộc với chúng ta hơn các giao thức điện báo.

Đây là một chút mánh lới quảng cáo, được gọi là 'hybrid', đưa ra tín hiệu đến tai bạn, chủ yếu là tín hiệu từ điện thoại ở xa và tạo tín hiệu (điều chế dòng điện) theo giọng nói của bạn áp dụng cho micrô. Những gì bạn NGHE không phải là 'dòng điện trong dây', được điều chế bằng hai giọng nói, đó là 90% giọng nói xa mà bạn nghe thấy và chỉ 10% giọng nói của bạn. Một kết hợp tương tự ở đầu kia của kết nối sẽ hủy phần chính của đầu vào giọng nói của anh ấy / cô ấy để giọng nói của bạn được nghe mạnh mẽ trong bộ thu điện thoại đó.

Kết hợp là một mạch thêm tín hiệu, có quyền truy cập vào cả giọng nói của bạn và sự kết hợp của hai giọng nói (trên đường truyền) và kết hợp chúng để củng cố thông điệp từ xa. Không có gì trong sơ đồ này là không có sẵn cho một văn phòng điện báo, cũng có thể hoạt động như một trạm thu ngay cả khi nó đang truyền.

Nó không dễ dàng có sẵn cho một máy phát không dây (loại không kỹ thuật số) thường có công tắc ngắt để nói chuyện. Điện thoại di động của chúng tôi gửi các gói kỹ thuật số đang làm gián đoạn rất nhiều, chỉ đủ nhanh để nó hiếm khi làm phiền chúng tôi, bởi vì chức năng lai đó tương tác xấu với một máy thu gây quá tải trong khi quá trình truyền đang diễn ra.

Sự tương tự của bạn bị phá vỡ. Đừng nghĩ về một làn ô tô, trừ khi bạn nghĩ về những chiếc xe như những chiếc xe bội thu kết hợp lại với nhau.

Tốc độ trung bình tổng thể thực tế của các electron di chuyển qua một dây khá chậm. Các vận tốc trôi dạt của các electron trong một dây thường là vài micromet / giây, không nhanh chút nào.

Những gì truyền qua dây đi từ electron sang electron, từ nguồn đến đích. Quá trình đó xảy ra rất nhanh, gần bằng tốc độ ánh sáng. Trong tương tự đường cao tốc, nó sẽ tương tự như đâm vào chiếc xe đầu tiên, và mỗi chiếc xe va vào chiếc xe phía trước. Mặc dù mỗi chiếc xe di chuyển chậm trên tổng thể, một làn sóng có thể truyền qua chuỗi với điều kiện bạn có thể đánh nó đủ mạnh.

Nhiều sóng âm rõ ràng có thể truyền qua không khí theo nhiều hướng cùng một lúc. Tuy nhiên, khi bạn hét lên một cái gì đó, một phân tử không nhất thiết phải đi trực tiếp từ miệng đến tai người nghe. Thay vào đó, sự nảy giữa các phân tử trong không khí là thứ truyền âm thanh. Điều tương tự về cơ bản là đúng đối với tín hiệu điện.

Hãy xem xét tình huống sau:

Giả sử chúng ta có một cặp dây đơn với nguồn điện áp có thể điều khiển được ở một đầu và một dòng điện có thể điều khiển được ở đầu kia. Vì cả hai đầu có thể đo tín hiệu của đầu kia (tại nguồn điện áp, chúng tôi có thể đo dòng điện và tại nguồn hiện tại, chúng tôi có thể đo điện áp), chúng tôi có thể truyền thông tin theo cả hai hướng. Không có ghép kênh tần số hoặc thời gian liên quan. Và không có nhiễu và chúng ta không cần phải gọi lý thuyết sóng.

Thêm chi tiết trong câu trả lời của tôi về Vật lý SE .

Một dây cáp trên không cho một đĩa vệ tinh mang dòng điện theo hai hướng - Tín hiệu DC 18 V được cung cấp bởi bộ chỉnh tần số để cung cấp năng lượng cho LNB tại tiêu điểm của đĩa, đồng thời, LNB gửi tín hiệu 4-12 GHz trở lại bộ chỉnh, trên cùng một dây.

Cả hai đều là dòng điện, nhưng một là DC và phẳng, hai là Tần số vô tuyến và thay đổi.

Đó là bởi vì bất kỳ sóng có thể đi qua nhau. Sự can thiệp sẽ xảy ra, nhưng điều này không ngăn được sóng.

Nó giống như hỏi tại sao hai sóng trong ao có thể truyền qua nhau. Nếu sóng hoàn toàn ngược lại, chúng sẽ hủy, nếu không chúng sẽ làm suy yếu lẫn nhau và tiếp tục.

Nhiều kỹ sư và nhà nghiên cứu (bao gồm cả bản thân tôi) đã nhận thấy rằng các dây dẫn kim loại có hành vi tuyến tính liên quan đến dòng điện và điện áp. Tuy nhiên, như với hầu hết các vật liệu, hành vi tuyến tính chỉ tồn tại trong một phạm vi nhất định. Mức độ cao của hiện tại sẽ dẫn đến hành vi phi tuyến tính. Với các dây dẫn tốt, như đồng, bạc và vàng, phạm vi hành vi tuyến tính là khá lớn. Những kim loại này có điện trở thấp (nhưng không phải bằng không). (Nếu bạn cho rằng kim loại có điện trở bằng 0, thì bạn sẽ kết thúc với những dự đoán lạ không phù hợp với thực tế)

Ở mật độ dòng điện thấp, có rất nhiều khoảng trống trong kim loại để các electron di chuyển vào và chúng không va vào nhau hoặc bị kẹt rất thường xuyên. do đó, không có nhiều năng lượng được hấp thụ bởi kim loại và hành vi xuất hiện tuyến tính (những chiếc xe bội thu rất xa)

Khi mật độ hiện tại trong kim loại trở nên đủ cao, thì dòng điện sẽ chuyển giao năng lượng đáng kể cho kim loại, làm thay đổi điện trở của nó và hành vi đã trở thành phi tuyến tính. Ví dụ đơn giản là móc một sợi dây mỏng (như 28 ga) trên các đầu cực của ắc quy xe lớn 12V. Kim loại trở nên nóng, cuối cùng nó tan chảy và phá vỡ mạch điện. Đây là hành vi RẤT phi tuyến. Dây đó có thể mang 50 Amps hoặc hơn. . , hành vi sẽ khá tuyến tính.

Anh chàng này đang bọc thép để làm cho một điểm tồn tại hơn. Nó hoạt động trên nguyên tắc, nhưng không như ông nói. Và với tín hiệu, không phải hiện tại .

Heck, ngay cả trong đài phát thanh, hai máy phát có thể và thực hiện việc sử dụng đồng thời . Nghe điều này lúc 1:25. Rằng "Booooop" là cả hai máy bay thừa nhận "giải phóng" cất cánh của họ, nhưng dẫm đạp lên nhau để ít nhất một người không nghe thấy.

Nếu bạn đang sử dụng hệ thống điện báo DC, vấn đề tương tự. Nếu một trong hai phím điện báo được nhấn xuống, nó sẽ gây ra cả hai âm thanh được kích hoạt. Thật sự không thể gửi tín hiệu DC theo hướng ngược nhau trong miền DC, (ngoại trừ thông qua kiểu CSMA-CD, chờ đợi cho đến khi người kia kết thúc và cảnh giác với hai người bắt đầu cùng một lúc).

Tuy nhiên, hãy tưởng tượng nếu trạm điện báo 1 truyền DC và trạm telegrph 2 có âm thanh của nó được kết nối thông qua một cuộn cảm chặn AC. Trạm 2 truyền bằng cách bật và tắt 1000Hz AC, chỉ trạm 1 mới có thể nghe được vì âm thanh của nó có tụ điện đúng kích cỡ, vượt qua 1000 Hz AC nhưng chặn DC.

Bạn có thể mở rộng tần số này thành nhiều tần số AC bằng cách sử dụng các bộ lọc "băng thông" chỉ cho phép thông qua một tần số nhất định. Hãy xem xét giai điệu bah-boo-BEEP ca ngợi trạm cứu hỏa trên loạt phim truyền hình Chicago Fire . Chương trình đó là một cống phẩm lớn và hét lên cho một chương trình năm 1970 được gọi là Khẩn cấp , nguồn gốc của các tông màu. Trường hợp khẩn cấp miêu tả một hệ thống điều phối hỏa lực từ những năm 1960, trong đó nhiều tần số được sử dụng chỉ trong thời gian đó.

Hai trạm phát cùng một lúc chỉ cần tạo ra một hợp âm trên dây. Các tần số phải được chọn một cách thông minh để các hợp âm không giao thoa với nhau.

Tất cả các trạm nghe tất cả các tín hiệu. Họ chỉ coi thường "thức ăn cho chó của mình", tức là tín hiệu họ đang truyền đi.

Nó có thể trở nên phức tạp hơn, với sóng mang được điều chế. Tại thời điểm này chúng ta đang nói về phổ vô tuyến, nhưng trên một dây .